美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的工程師團(tuán)隊開發(fā)了一種可一步構(gòu)建機(jī)器人的新設(shè)計策略和3D打印技術(shù)。這項研究進(jìn)展發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，展現(xiàn)了各種能夠行走、機(jī)動和跳躍的微型機(jī)器人的構(gòu)造。

此次打印的超材料由包含感覺、移動和結(jié)構(gòu)元素的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)組成，可按照程序設(shè)置自行移動。由于移動和傳感的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已就位，唯一需要的外部組件就是為機(jī)器人供電的小電池。而新方法的關(guān)鍵是壓電超材料的設(shè)計和印刷，壓電超材料是一種復(fù)雜的晶格材料，可響應(yīng)電場改變形狀和移動，或基于物理力而產(chǎn)生電荷。

該項研究的首席研究員、UCLA工程學(xué)院助理教授鄭小雨表示，新方法將有助于發(fā)展一類自主材料，其可取代目前制造機(jī)器人的復(fù)雜組裝過程。新方法將復(fù)雜的運動、多種傳感模式和可編程決策能力緊密集成在一起，類似于生物系統(tǒng)中的神經(jīng)、骨骼和肌腱協(xié)同工作，以執(zhí)行受控運動。

研究團(tuán)隊展示了這種機(jī)器人與板載電池和控制器的集成，以實現(xiàn)3D打印機(jī)器人的完全自主操作，每個機(jī)器人都有指甲那么大。這些“元機(jī)器人”有望帶來生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人的新設(shè)計，如自轉(zhuǎn)向內(nèi)窺鏡或體內(nèi)“游泳機(jī)器人”;未來其還可探索危險環(huán)境，如在倒塌的建筑物中快速進(jìn)入密閉空間，評估危險級別并尋找被困在瓦礫中的人。

研究人員稱，他們的驅(qū)動元件可在整個機(jī)器人中精確布置，以在各種類型的地形上進(jìn)行快速、復(fù)雜和擴(kuò)展的運動。他們還提出一種設(shè)計機(jī)器人材料的方法，以便用戶可制作自己的模型并將材料直接打印到機(jī)器人中。

研究人員演示了3個具有不同功能的“元機(jī)器人”：一個展示了繞過S形拐角和隨機(jī)放置障礙物的能力;另一個可在撞擊時逃跑;第3個可在崎嶇的地形上行走，甚至可小幅度跳躍。

【總編輯圈點】

將電能轉(zhuǎn)化為運動的活性材料，用在機(jī)器人身上并不是什么新鮮事，但這些機(jī)器人通常運動范圍有限、行進(jìn)距離不足，即使運動的話也不能脫離類似變速箱的傳動系統(tǒng)。而且大多數(shù)機(jī)器人，無論其大小如何，通常都是由一系列復(fù)雜的制造步驟構(gòu)建的。正是這些步驟，集成了機(jī)器人的肢體、電子和有源組件;但也正是這些過程，導(dǎo)致了更重的重量、更大的體積和更少的力輸出。相比之下，UCLA開發(fā)的機(jī)器人材料由復(fù)雜的壓電和結(jié)構(gòu)元件組成，這些元件的結(jié)構(gòu)巧妙滿足了高速伸展、彎曲、扭曲、旋轉(zhuǎn)、膨脹或收縮的運動能力——而這么靈活的機(jī)器人，每一個僅硬幣大小。 (記者張夢然)