3D 打印機械手 90 秒即可通過馬里奧第一關(guān)！

來源：前瞻網(wǎng)

來自馬里蘭大學(xué)的一組研究人員 3D 打印了一只柔軟的機械手，它足夠靈活，可以玩任天堂的超級馬里奧兄弟——并獲勝！

這一壯舉在最新一期《科學(xué)進展》的封面上突出顯示，展示了軟機器人領(lǐng)域的一項有前途的創(chuàng)新，該領(lǐng)域的重點是創(chuàng)造新型的柔性充氣機器人，這些機器人使用水或空氣而不是電力提供動力。軟機器人固有的安全性和適應(yīng)性引起了人們對其在假肢和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等應(yīng)用中使用的興趣。不幸的是，控制使這些軟機器人彎曲和移動的流體特別困難——直到現(xiàn)在。

PolyJet 3D 打印統(tǒng)一軟機器人系統(tǒng)的設(shè)計和增材制造策略，包括在單次打印中完全集成的流體電路。圖為 3D 打印軟體龜龜機器人。圖源 Science

由馬里蘭大學(xué)機械工程助理教授 Ryan D. Sochol 領(lǐng)導(dǎo)的團隊的關(guān)鍵突破是能夠一步 3D 打印具有集成流體電路的完全組裝的軟機器人。

" 以前，軟機械手的每個手指通常都需要自己的控制線，這會限制便攜性和實用性，" 共同第一作者 Joshua Hubbard 解釋說，他在 Sochol 的 Bioinspired Advanced Manufacturing 本科研究員期間進行了這項研究。( BAM ) UMD 實驗室。" 但是通過使用我們的集成流體晶體管 3D 打印柔軟的機械手，它可以根據(jù)一個壓力輸入來玩任天堂游戲。"

作為演示，該團隊設(shè)計了一個集成的流體回路，允許手根據(jù)單個控制壓力的強度進行操作。例如，施加低壓力導(dǎo)致只有食指按壓任天堂控制器使馬里奧行走，而高壓力導(dǎo)致馬里奧跳躍。在設(shè)定程序的引導(dǎo)下，自動在關(guān)閉、低、中和高壓之間切換，機械手能夠按下控制器上的按鈕，在不到 90 秒的時間內(nèi)成功完成超級馬里奧兄弟的第一關(guān)。

" 最近，有幾個小組試圖利用流體回路來增強軟機器人的自主性，" 最近的博士說。該研究的研究生和共同第一作者 Ruben Acevedo 說，" 但是構(gòu)建這些流體回路并將其與機器人集成的方法可能需要數(shù)天到數(shù)周的時間，需要高度的體力勞動和技術(shù)技能。"

為了克服這些障礙，該團隊轉(zhuǎn)向了 "PolyJet 3D 打印 "，這類似于使用彩色打印機，但在 3D 中將多層多材料 " 墨水 " 堆疊在一起。

" 在一天之內(nèi)，只需少量勞動，研究人員現(xiàn)在就可以從 3D 打印機上按下啟動按鈕到擁有完整的軟機器人——包括所有軟執(zhí)行器、流體電路元件和身體特征——隨時可用， " 研究合著者克里斯汀愛德華茲說。

通過實時擊敗超級馬里奧兄弟的第一級來驗證他們的策略的選擇是出于科學(xué)和樂趣的動機。由于視頻游戲的時間安排和關(guān)卡構(gòu)成已經(jīng)確定，一個錯誤就可能導(dǎo)致游戲立即結(jié)束，因此玩馬里奧提供了一種評估軟體機器人性能的新方法，這種方法具有獨特的挑戰(zhàn)性，而這種方法通常不會在現(xiàn)場解決 .

除了玩任天堂的機械手，Sochol 的團隊還在他們的論文中報道了受龜龜啟發(fā)的軟體機器人。水龜恰好是 UMD 的官方吉祥物，該團隊的所有軟體機器人都是在 UMD 的 Terrapin Works 3D 打印中心打印的。

該團隊策略的另一個重要好處是它是開源的，任何人都可以閱讀論文的開放訪問權(quán)限，并且補充材料中的鏈接指向 GitHub，其中包含他們工作中的所有電子設(shè)計文件。

" 我們免費共享我們所有的設(shè)計文件，以便任何人都可以輕松下載、按需修改和 3D 打印——無論是使用他們自己的打印機還是通過像我們這樣的打印服務(wù)——所有軟機器人和流體電路元件來自我們的工作，" 索科爾說。" 我們希望這種開源 3D 打印策略將擴大具有集成流體回路的軟機器人的可訪問性、傳播性、可重復(fù)性和采用范圍，進而加速該領(lǐng)域的進步。"

目前，該團隊正在探索將他們的技術(shù)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括康復(fù)設(shè)備、手術(shù)工具和可定制的假肢。由于 Sochol 是 Fischell 生物工程系的附屬教師，也是馬里蘭機器人中心和 Robert E. Fischell 生物醫(yī)學(xué)設(shè)備研究所的成員，因此該團隊擁有一個特殊的環(huán)境，可以繼續(xù)推進他們的戰(zhàn)略，以應(yīng)對緊迫的挑戰(zhàn)。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。