加州大學圣地亞哥分校的研究人員使用3D打印技術制造了一種柔軟靈活的行走“昆蟲狀”機器人。制造機器人的利用預算加成制造技術可以降低3D打印軟機器人的入門成本，并為該技術在對人類不安全的印技地方(如災難或戰爭地區)開辟新的應用。加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院機械工程教授尼克格拉維(Nick Glavey)說：“我們希望，術創這些靈活的造出骨架將引導一類受生物學啟發的新型軟機器人的誕生。“我們希望讓世界各地的類似昆蟲研究人員更容易制造軟機器人。”0Pj

使3D打印軟機器人更容易使用0Pj

據研究人員稱，加州機器制造昆蟲機器人的大學D打的軟主要挑戰之一是重建復雜的外骨骼結構力學。外殼需要提供多種功能，利用包括結構支撐、印技關節靈活性和身體保護，術創同時提供傳感、造出抓握和附著的類似昆蟲功能表面特征。圣地亞哥的研究團隊觀察到，昆蟲四肢的機動性是由剛性、柔性和梯度剛度元素的排列決定的，而昆蟲的外骨骼是剛性和柔性機械部分的混合結構。因此，未來的迭代需要一種混合的構建方法來更好地反映它們所基于的昆蟲模型。0Pj

先前創造昆蟲啟發機器人的嘗試需要使用多材料3D打印機和多步驟鑄造工藝。例如，羅切斯特大學的科學家在2015年創造了一種受水上騎手啟發的跳躍機器人昆蟲。然而，據圣地亞哥的研究人員稱，這種受生物啟發的機器人看起來更像是一種剛性工業機器人，包括剛性連桿和高傳動比的剛性電機。0Pj

最近，機器人專家開始使用多材料3D打印、激光切割、層壓和壓鑄將身體和四肢的適應性納入機器人設計。這些制造技術也有缺點，因為它們通常以獲得昂貴且耗時的制造工具為代價，這些制造工具提供的材料選擇有限。為了使他們能夠以更具成本效益的方式打印柔性和彈性外骨骼，研究團隊設計了一種新的混合方法，稱為彈性骨骼打印。熔融沉積建模(FDM)3D打印機和標準長絲材料(如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的使用使這種方法更便宜、更容易使用。此外，新技術不同于傳統方法，而是通過直接在加熱的熱塑性薄膜上印刷3D剛性細絲，制造出軟機器人。該方法為沉積材料提供了一個靈活而牢固的基層，并能精確控制機器人本體中關節和支柱的剛度和特性。0Pj

柔性骨架的制造技術受到昆蟲外殼的啟發增材制造“類昆蟲”軟機器人0Pj

在標準的FDM印刷中，塑料細絲(例如ABS或聚乳酸(PLA))通過加熱噴嘴的孔擠出并沉積在平坦的印刷表面上。另一方面，柔性骨架工藝使用改進的Prusa i3 MK3S或LulzBot Taz 6 FDM 3D打印機將細絲直接沉積在加熱的熱塑性基層上。這導致沉積材料和不可延伸的柔性基底之間的高結合強度，從而提高抗疲勞性。0Pj

柔性骨架印花的粘合過程也不需要額外的粘合劑或固化劑，因為長絲在擠出過程中直接粘合到基層上。為了測試部件的強度和抗疲勞性，該團隊制造了具有均勻矩形幾何形狀的柔性梁。每個梁彎曲到恒定的應力狀態，并保持在該位置10秒鐘，以模擬機器人腿彎曲并固定到位以支撐負載的情況。然后，研究小組通過拍攝空載梁的偏轉角度圖像來測量梁的蠕變角度，該偏轉角度是在測試前從中性位置測量的。0Pj

通過添加聚碳酸酯(PC)層，圣地亞哥的研究人員發現，他們可以在300次載荷循環中使3D打印梁的蠕變變形減少70%。為了演示柔性骨骼制作方法制作的機器人的行走能力，團隊搭建了一臺肌腱驅動的四足行走機器人。機器人的底盤由全柔性骨骼制成的四肢設計組裝而成，由四個微服務器驅動。兩條腿的長度為70 mm，每條腿3D打印需要30分鐘，有兩個關節：一個彎曲，一個拉伸。0Pj

整個機器人生產完成后(大約需要三個小時)，將每個肢體插入機器人底盤(主體)，通過肌腱和絞盤與微型服務器連接。最終的產品擁有可互換的腿，這些腿是為不同的地形設計的，在測試過程中，完成的機器人可以達到接近每秒5厘米的速度。柔骨機器人的外部結構不僅可以保護其內部組件，還可以混合軟硬組件，因此可以在復雜的三維布局中生產。根據Gravish的說法，創造機器人的創新生產技術可能允許為工廠環境生產新的多功能機器人。“最終目標是打造一條無需人工組裝就能打印出整個柔性骨架機器人的流水線。一小群這樣的小機器人可以獨自完成一個大機器人的工作，甚至更多。”格拉維什說。0Pj

柔性骨架機器人的構建過程3D打印中的軟機器人0Pj

近年來，軟機器人添加制造的研究呈現出多種形式。例如，2020年1月，康奈爾大學的研究人員開發了一種帶有3D打印的柔軟機器人肌肉，可以“出汗”。利用水凝膠基復合樹脂和立體光刻技術，制作了一種能保持水分和響應溫度的柔性指狀執行器。2019年8月，荷蘭TU Delft工業大學的研究人員創造了一種多色3D打印傳感器，幫助軟體機器人提高自我意識和適應能力。通過創新一種靈活的嵌入式3D打印傳感方法，研究人員增加了機器人和物體之間的互動。兩名NASA研究人員宣布，他們已經在3D打印中使用了3D打印技術，從而在2019年5月生產了一種軟機器人執行器。新組件負責為機器人的運動部件提供動畫和控制功能，這代表著將軟機器人技術帶入太空的重要一步。0Pj