3D列印“元機器人”能一步構建

3D列印“元機器人”能夠進行推進、運動、傳感和決策。圖片來源：鄭小雨研究團隊/UCLA

美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）的工程師團隊開發了一種可一步構建機器人的新設計策略和3D列印技術。這項研究進展發表在《科學》雜誌上，展現了各種能夠行走、機動和跳躍的微型機器人的構造。

此次列印的超材料由包含感覺、移動和結構元素的內部網路組成，可按照程式設置自行移動。由於移動和傳感的內部網路已就位，唯一需要的外部組件就是為機器人供電的小電池。而新方法的關鍵是壓電超材料的設計和印刷，壓電超材料是一種複雜的晶格材料，可響應電場改變形狀和移動，或基於物理力而産生電荷。

該項研究的首席研究員、UCLA工程學院助理教授鄭小雨表示，新方法將有助於發展一類自主材料，其可取代目前製造機器人的複雜組裝過程。新方法將複雜的運動、多種傳感模式和可編程決策能力緊密整合在一起，類似于生物系統中的神經、骨骼和肌腱協同工作，以執行受控運動。

研究團隊展示了這種機器人與板載電池和控制器的整合，以實現3D印表機器人的完全自主操作，每個機器人都有指甲那麼大。這些“元機器人”有望帶來生物醫學機器人的新設計，如自轉向內窺鏡或體內“游泳機器人”；未來其還可探索危險環境，如在倒塌的建築物中快速進入密閉空間，評估危險級別並尋找被困在瓦礫中的人。

研究人員稱，他們的驅動元件可在整個機器人中精確佈置，以在各種類型的地形上進行快速、複雜和擴展的運動。他們還提出一種設計機器人材料的方法，以便用戶可製作自己的模型並將材料直接列印到機器人中。

研究人員演示了3個具有不同功能的“元機器人”：一個展示了繞過S形拐角和隨機放置障礙物的能力；另一個可在撞擊時逃跑；第3個可在崎嶇的地形上行走，甚至可小幅度跳躍。