頂刊《Adv Mater》綜述：用于軟機(jī)器人的3D打印材料

來(lái)源：材料科學(xué)與工程

如今，增材制造已成為軟機(jī)器人領(lǐng)域中完全集成的制造過(guò)程。盡管如此，在全打印的軟機(jī)器人制造中仍然存在一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)可以分為兩大類：i）搜索和開(kāi)發(fā)軟機(jī)器人技術(shù)所需的高性能材料；以及 ii）開(kāi)發(fā)新的打印功能，從而一步一步地制造出軟機(jī)器人。軟機(jī)器人技術(shù)是研究領(lǐng)域中的一個(gè)新興領(lǐng)域，其重點(diǎn)是使用高度順應(yīng)性的材料構(gòu)建無(wú)電機(jī)機(jī)器人，其中一些類似于在生物體中發(fā)現(xiàn)的機(jī)器人。軟機(jī)器人技術(shù)在各種領(lǐng)域（如軟爪，執(zhí)行器和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備）中具有很高的應(yīng)用潛力。軟機(jī)器人的3D打印提出了一種新穎而有前途的方法，可以直接從數(shù)字設(shè)計(jì)中形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的對(duì)象。 為此，來(lái)自以色列希伯來(lái)大學(xué)的Ela Sachyani Keneth等人在《Advanced Materials》上發(fā)表題為“用于軟機(jī)器人的3D打印材料”的綜述文章。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202003387

該文總結(jié)了用于軟機(jī)器人3D打印的材料的最新進(jìn)展，包括高性能的柔性和可拉伸材料，水凝膠，自修復(fù)材料和形狀記憶聚合物，以及全打印機(jī)器人的制造（多 -材料印刷，嵌入式電子產(chǎn)品，無(wú)束縛和自主機(jī)器人技術(shù)）。介紹了3D打印軟機(jī)器人制造中的當(dāng)前挑戰(zhàn)，包括可用的材料和打印能力，并對(duì)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的近期活動(dòng)進(jìn)行了調(diào)查。這篇綜述描述了這些挑戰(zhàn)以及克服這些挑戰(zhàn)的最新方法。

該文在第2節(jié)中討論了用于3D打印的高性能材料，包括可拉伸和柔韌性材料，可逆SMP和具有自愈（SH）特性的水凝膠。第3節(jié)重點(diǎn)介紹制造所有打印機(jī)器人所需的打印能力和材料方法，例如多用途、材料印刷、帶有嵌入式電子設(shè)備的軟機(jī)器人以及不受限制的自主機(jī)器人。在第4節(jié)中，將解決在軟系統(tǒng)建模方面的當(dāng)前挑戰(zhàn)，并提出克服這些挑戰(zhàn)的方法。

圖1.軟機(jī)器人3D打印的未來(lái)挑戰(zhàn)。從左至右：柔性和可拉伸材料的圖像。

圖2.夾具和由柔性和可拉伸材料組成的傳感器示意圖

圖3.自我修復(fù)行為的應(yīng)用示意圖

圖4.3D可打印可逆SMP執(zhí)行器的示意圖

圖5.多材料打印結(jié)構(gòu)的示例

圖6.嵌入式電子設(shè)備的示例

從該綜述可知，3D打印已成為制造軟機(jī)器人的一種常用且廣泛使用的技術(shù)，它能夠以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)各種3D打印技術(shù)制造軟機(jī)器人，并使用越來(lái)越多的可用材料進(jìn)行商業(yè)化和自行開(kāi)發(fā)。然而，仍然存在涉及開(kāi)發(fā)適合各種印刷技術(shù)的材料的挑戰(zhàn)，這些材料能夠在不進(jìn)行后印刷組裝的情況下實(shí)現(xiàn)全功能的軟機(jī)器人設(shè)備的印刷。我們希望針對(duì)柔韌性和可拉伸材料，可逆SMP和SH特性的進(jìn)一步研究將導(dǎo)致軟機(jī)器人技術(shù)取得重大進(jìn)展。另外，需要進(jìn)一步發(fā)展印刷技術(shù)，主要用于多材料印刷和印刷嵌入式電子產(chǎn)品。該領(lǐng)域的未來(lái)目標(biāo)是連續(xù)制造可立即使用的全印刷機(jī)器人，而無(wú)需連接布線或組裝零件。這將包括打印電源，例如電池，泵或燃料電池以及任何其他所需的組件，以及打印機(jī)器人所有不同部分（即執(zhí)行器，傳感器和控制系統(tǒng)）的能力。（文：SSC）