机器人
突破性的3D打印技术一次性构建机器人
加州大学洛杉矶分校（UCLA）的工程师团队开发了一种新型的3D打印技术和设计策略，能够在一次性中构建机器人。
该研究表明，机器人可以被构建并行走、操纵和跳跃，发表在 Science 上。
突破性的3D打印过程
该新技术涉及一种用于工程活性材料的3D打印过程，具有多种功能，或称“超材料”。它使得可以一次性制造出机器人所需的整个机械和电子系统。 3D打印完成后，机器人可以执行运动、推进、感知和决策。
打印材料由内部网络的感知、运动和结构元素组成，这些元素在编程后可以自行移动。由于内部网络集中在一起，只需要生产一个外部组件——一个小型电池来为机器人提供动力。
Xiaoyu（Rayne）Zheng 是该研究的首席研究员，也是加州大学洛杉矶分校萨莫利工程学院的土木和环境工程以及机械和航空工程副教授。
“我们设想，这种智能机器人材料的设计和打印方法将有助于实现一类可以替代当前机器人复杂装配过程的自主材料，”Zheng 说。“具有复杂运动、多种感知模式和可编程决策能力的机器人，与生物系统类似，具有神经、骨骼和腱的协同工作，执行受控运动。”
潜在应用
该团队集成了机载电池和控制器，以制造完全自主的3D打印机器人。每个机器人都只有指甲大小，根据 Zheng 的说法，该新方法可能会导致新的生物医学机器人设计。例如，生物医学机器人可以是一种游泳机器人，能够在血管附近自主导航，以在身体的目标部位交付药物。
3D打印机器人的另一个应用是将它们发送到危险环境中，例如倒塌的建筑物，其中一群机器人可以进入狭窄的空间。这些超材料机器人可以评估威胁水平并协助救援工作。
这是机器人领域的一个重大突破，因为大多数当前的机器人需要一系列复杂的制造步骤来构建它们。这个过程会导致机器人变得更重、更笨重、更脆弱。
为了开发这种新方法，该团队依赖于一类复杂的格子材料，这些材料会在电场中改变形状和方向。它们也可以由于物理力而产生电荷。
开发新的机器人材料
该团队开发的机器人材料只有便士大小，具有有助于它们弯曲、扭转、膨胀、收缩或旋转的结构元素。
此外，该团队发布了一种可以用来设计机器人材料的方法，允许用户创建自己的模型。
Hauchen Cui 是该研究的首席作者，也是 Zheng 的加速制造和超材料实验室的加州大学洛杉矶分校博士后研究员。
“这允许执行元素在机器人中精确排列，以实现快速、复杂和延长的运动，适用于各种类型的地形，”Cui 说。“通过双向压电效应，机器人材料也可以自我感知其扭曲，通过回声和超声波检测障碍，并通过反馈控制回路响应外部刺激，确定机器人如何移动、移动速度和移动目标。”
该团队使用这种方法构建了三个不同的超材料机器人，展示了不同的能力：
- 可以绕过S形拐角和随机放置的障碍的超材料机器人
- 可以对接触冲击做出反应的超材料机器人
- 可以在粗糙地形上行走并跳过小障碍的超材料机器人
这种新的3D打印技术将在机器人领域发挥重要作用，使机器人的构建更加高效。
该突破性的研究还包括作者 Desheng Yao、Ryan Hensleigh、Zhenpeng Xu 和 Haotian Lu，他们是研究生；Ariel Calderon，是博士后研究员；Zhen Wang，是开发工程师；Sheyda Davaria，是弗吉尼亚理工大学的研究助理；Patrick Mercier，是加利福尼亚大学圣地亚哥分校的电气和计算机工程副教授；以及 Pablo Tarazaga，德克萨斯农工大学的机械工程教授。
