材料牛注：具有良好減震性能的減震外衣機器人是我們所追求的，而麻省理工學院的機器研究人員們利用3D打印技術(shù)為機器人們量身定制了“減震外衣”，這大大地保護了它們免受沖擊外力的人量影響，提高了使用壽命。身定

看過2015年DARPA機器人挑戰(zhàn)賽的制材觀眾可能會注意到很多的參賽機器人都配備有防護墊，以防止摔倒時發(fā)生意外。料牛麻省理工學院的減震外衣計算機科學和人工智能實驗室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory 簡稱CSAIL）正在探索利用3D打印技術(shù)制備軟性材料并應(yīng)用在機器人身上，使得其可以自定義減震功能，機器以起到保護作用。人量這種材料不僅可以使機器人抵抗摔倒時的身定沖擊力，還可以讓它移動更加靈活精確。制材

機器人工程師長期以來一直熱衷于軟性材料。料牛簡單來說，減震外衣這種材料可以保護機器人免受摔倒以及其他沖擊。機器在未來，人量人類和機器人共事越來越頻繁的時候，甚至可以利用這種特性來保護我們自己。而這種軟性材料的設(shè)計一般是通過模仿動物而實現(xiàn)的。

通過使用3D打印技術(shù)，CSAIL的研究人員們正在設(shè)計一種新的軟性材料，從根本上改善機器人的性能。他們將這種材料稱之為“可編程的黏彈性材料”（programmable viscoelastic material 簡稱PVM），它是基于控制材料的硬度和強度來改變機器人移動和反應(yīng)的，通過這項技術(shù)，工程師們可以針對自己手頭上的任務(wù)，進行個性化的材料定制。

橡膠和塑料由于黏彈性較好，是常見的阻尼器，但是它們的性能在制備的過程中就已經(jīng)被確定，再加上工藝復雜，成本昂貴，很難做出“個性化”的材料來。CSAIL的研究人員說，解決辦法就是3D打印自定義的可編程粘彈性材料，通過加入預先設(shè)定好的液體量，以及確定液體所在區(qū)域，就可以決定最終材料的強度或彈性。如果需要的話，材料特殊部位的參數(shù)也可以按照自己所需的要求設(shè)定。

按照這種方法，研究人員們將不同材料制成的液滴一層一層地放置在噴墨打印機上，用紫外光將設(shè)計圖的非液態(tài)區(qū)域凝固，只留下液體的填充腔。這樣就可以打印出具有自定義強度的材料了。

為了測試新方法制備的材料，研究人員們做了一個立方體形的機器人，它具有一個堅固的身軀、兩個馬達、一個微處理器以及電池，四層的環(huán)狀金屬條可以提供推進力，當然還少不了測量慣性的傳感器。這些零器件將披上用新方法制備的柔性材料，作為自己的“減震皮膚”，然后通過實驗測試3D打印的柔性材料的性能。

圖為CSAIL的研究人員設(shè)計的帶“減震外衣”的立方體機器人

實驗結(jié)果表明，一些機器人遇到?jīng)_擊時，會彈跳得很高，而另外一些機器人則彈跳得很矮，但是彈跳后，它能回到預期的位置，其精確度是高回彈機器人的四倍。CSAIL的研究人員說，由這種材料制備的組件可以應(yīng)用在越來越多的耐用型機器人身上，當它們碰撞地面或者碰到其他沖擊力的時候，可以比傳統(tǒng)材料做的機器人減少一半的能量損失。而且，這種打印技術(shù)可以打印出我們所需要的特定性能的材料，而不是依靠工廠里的運行的流水線。

CSAIL的研究人員認為3D打印PVM技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。除了可以提高機器人的安全性以及可控性之外，它還可以用于延長無人機的壽命，提高跑鞋、安全帽的性能，和保護攝像機以及傳感器內(nèi)部的精密儀器。

博士后Robert MacCurdy說道：“將此技術(shù)應(yīng)用在同一個對象的不同區(qū)域，會有不同的效果。比如安全帽，在帽中某一區(qū)域應(yīng)用這種新材料會有利于你的頭部放松，而在容易受到?jīng)_擊的其他部位使用這種材料，則起到減震的作用。”

該研究團隊將會把論文發(fā)表在于韓國舉行的國際智能機器人系統(tǒng)會議上。

原文鏈接：MIT applies soft touch to robots with programmable 3D-printed skins

本文由材料人編輯部劉萬春提供素材，陳露編譯，點我加入材料人編輯部。