基于3D打印的磁性軟體機器人

來源：悟空打印坊

MIT科學家團隊設計了一種基于3D打印的磁性軟體機器人，通過一個游戲手柄，就能控制該機器人“跳”“滾”“爬”，各種功能可以通過編程來實現(xiàn)。

背景簡介
能夠?qū)?、熱、電進行響應并在三維上進行形狀改變的軟體材料在軟體機器人、柔性電子器件以及生物醫(yī)藥等領域有廣泛的應用。特別是磁場能夠為需要在遠程封閉空間控制的生物醫(yī)藥領域提供一種安全有效的操控方式。

創(chuàng)新點

圖1：3D打印噴頭設計

該團隊使用了一種特殊的打印墨水，由可磁化的鐵釹硼合金微粒和氣相二氧化硅納米粒子組成。在硅樹脂中的氣相二氧化硅是一種流變改性劑誘導產(chǎn)生墨水書寫所需的力學性能，這保證了墨水能順利通過噴嘴和層層堆疊。同時在打印噴頭處施加磁場，這樣我們就可以利用磁場調(diào)整粒子的方向（粒子沿著磁場方向排布），從而實現(xiàn)圖案化。

圖2：模型建立

該團隊建立了一個模型來預測經(jīng)過編程的鐵磁疇在磁場下的3D打印的結(jié)構(gòu)變化。通過他們的模型指導，他們設計了一種機械超材料，它能在應用范圍內(nèi)，在0.5s內(nèi)快速收縮，當磁場移開后，他們又能回復原狀。這樣利用磁場驅(qū)動，就避免了直接接觸的需要。

圖3：功能示意圖

經(jīng)評估，這種3D打印的磁性軟體材料在0.1s-0.5s內(nèi)應變水平為0.15-0.25，提供的功率密度范圍為22.3kwm-3-309.3kwm-3,遠遠超過了現(xiàn)有的3D打印的形狀可改變的材料。

未來展望
他們的新型3D打印方法，作為一個制造平臺，可以推廣到多種復合油墨使用不同類型的彈性體和水凝膠基質(zhì)和磁性顆粒。在未來，他們在形狀可編程軟材料的設計和制造中引入了新的設計參數(shù)-磁疇圖、磁化強度和驅(qū)動場。

而且這種基于磁場的無束縛、復雜和快速的形狀移動軟材料的遙控驅(qū)動，為在柔性電子、生物醫(yī)學設備等領域的應用提供了新的可能性。