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科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
美國(guó)研究人員開發(fā)了一種用于3D打印材料的方法，該材料具有可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能，可感知自身如何移動(dòng)以及如何與環(huán)境相互作用。研究人員僅使用一種材料并在3D打印機(jī)上運(yùn)行一次即可創(chuàng)建這些傳感結(jié)構(gòu)。發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的這項(xiàng)技術(shù)，有朝一日可用于制造具有嵌入式傳感器的柔性機(jī)器人，使機(jī)器人能夠了解自己的姿勢(shì)和動(dòng)作。
麻省理工學(xué)院研究人員使用3D打印將充氣通道直接整合到形成晶格的支柱中。當(dāng)結(jié)構(gòu)被移動(dòng)或擠壓時(shí)，通道會(huì)變形，內(nèi)部的空氣量也會(huì)發(fā)生變化。研究人員可使用現(xiàn)成的壓力傳感器測(cè)量相應(yīng)的壓力變化，從而提供有關(guān)材料如何變形的反饋。因?yàn)樗鼈儽徽系讲牧现?，這些“流體傳感器”比放置在結(jié)構(gòu)外部的傳感器更準(zhǔn)確。
研究人員使用數(shù)字光處理3D打印將通道整合到結(jié)構(gòu)中。在這種方法中，將圖像被投射到濕樹脂上，被光照射的區(qū)域逐漸固化成精確的形狀，最后將圖像結(jié)構(gòu)從樹脂池中拉出。但隨著過程的繼續(xù)，粘性樹脂往往會(huì)滴落并卡在通道內(nèi)。研究人員必須在樹脂固化之前使用壓縮空氣、真空和復(fù)雜清潔的混合方法迅速去除多余的樹脂。
他們通過這個(gè)過程創(chuàng)建了幾個(gè)晶格結(jié)構(gòu)，并展示了當(dāng)結(jié)構(gòu)被擠壓和彎曲時(shí)，充氣通道如何產(chǎn)生清晰的反饋。在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上，他們還將傳感器整合到為機(jī)動(dòng)柔性機(jī)器人開發(fā)的一種新型材料手動(dòng)剪切拉脹劑（HAS）中。HSA可同時(shí)扭曲和拉伸，能夠用作有效的柔性機(jī)器人執(zhí)行器。
研究人員3D打印了一個(gè)HAS柔性機(jī)器人，該機(jī)器人能夠進(jìn)行多種運(yùn)動(dòng)，包括彎曲、扭曲和拉長(zhǎng)。他們讓機(jī)器人完成一系列動(dòng)作超過18小時(shí)，并使用傳感器數(shù)據(jù)訓(xùn)練可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)器人動(dòng)作的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
研究人員稱，用連續(xù)的類皮膚傳感器來感知柔性機(jī)器人，一直是該領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。這種新方法為柔性機(jī)器人提供了準(zhǔn)確的本體感受能力，并為通過觸摸探索世界打開了大門。
總編輯圈點(diǎn)：
這項(xiàng)研究的想法是，工程師可采用任何可3D打印的材料，通過一種簡(jiǎn)單的方法，獲得所謂的“結(jié)構(gòu)感測(cè)”——只要調(diào)節(jié)材料，人們可以同時(shí)將運(yùn)動(dòng)、感知和結(jié)構(gòu)合而為一。這也意味著，除了機(jī)器人領(lǐng)域，該成果還可以改進(jìn)極限運(yùn)動(dòng)的黑科技裝備，譬如具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)感應(yīng)功能的運(yùn)動(dòng)頭盔，其可提高碰撞反饋的準(zhǔn)確性，從而提高佩戴者的安全性；或者跑步中的可穿戴智能跑鞋，精準(zhǔn)提供有關(guān)運(yùn)動(dòng)員的腳與地面撞擊的反饋。
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