美國研究人員開發了一種用于3D打印材料的方法，該材料具有可調節的機械性能，可感知自身如何移動以及如何與環境相互作用。研究人員僅使用一種材料并在3D打印機上運行一次即可創建這些傳感結構。發表在《科學進展》上的這項技術，有朝一日可用于制造具有嵌入式傳感器的柔性機器人，使機器人能夠了解自己的姿勢和動作。
麻省理工學院研究人員使用3D打印將充氣通道直接整合到形成晶格的支柱中。當結構被移動或擠壓時，通道會變形，內部的空氣量也會發生變化。研究人員可使用現成的壓力傳感器測量相應的壓力變化，從而提供有關材料如何變形的反饋。因為它們被整合到材料中，這些“流體傳感器”比放置在結構外部的傳感器更準確。
研究人員使用數字光處理3D打印將通道整合到結構中。在這種方法中，將圖像被投射到濕樹脂上，被光照射的區域逐漸固化成精確的形狀，最后將圖像結構從樹脂池中拉出。但隨著過程的繼續，粘性樹脂往往會滴落并卡在通道內。研究人員必須在樹脂固化之前使用壓縮空氣、真空和復雜清潔的混合方法迅速去除多余的樹脂。
他們通過這個過程創建了幾個晶格結構，并展示了當結構被擠壓和彎曲時，充氣通道如何產生清晰的反饋。在這些結果的基礎上，他們還將傳感器整合到為機動柔性機器人開發的一種新型材料手動剪切拉脹劑(HAS)中。HSA可同時扭曲和拉伸，能夠用作有效的柔性機器人執行器。
研究人員3D打印了一個HAS柔性機器人，該機器人能夠進行多種運動，包括彎曲、扭曲和拉長。他們讓機器人完成一系列動作超過18小時，并使用傳感器數據訓練可準確預測機器人動作的神經網絡。
研究人員稱，用連續的類皮膚傳感器來感知柔性機器人，一直是該領域的巨大挑戰。這種新方法為柔性機器人提供了準確的本體感受能力，并為通過觸摸探索世界打開了大門。
總編輯圈點：
這項研究的想法是，工程師可采用任何可3D打印的材料，通過一種簡單的方法，獲得所謂的“結構感測”——只要調節材料，人們可以同時將運動、感知和結構合而為一。這也意味著，除了機器人領域，該成果還可以改進極限運動的黑科技裝備，譬如具有內部結構感應功能的運動頭盔，其可提高碰撞反饋的準確性，從而提高佩戴者的安全性;或者跑步中的可穿戴智能跑鞋，精準提供有關運動員的腳與地面撞擊的反饋。(科技日報記者 張夢然)
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