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(相關(guān)資料圖)

美國(guó)研究人員開(kāi)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)橥ǖ辣徽系讲牧现?，這種“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(shù)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(shù)脂池中拉出。但隨著過(guò)程的繼續(xù)，黏性樹(shù)脂往往會(huì)滴落并卡在通道內(nèi)。研究人員必須在樹(shù)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(shù)脂。

他們通過(guò)這個(gè)過(guò)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(kāi)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(guò)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(lái)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，并為其通過(guò)觸摸探索世界打開(kāi)了大門(mén)。

張夢(mèng)然