能減震的可編程3D打印材料

寂靜天花板

無人機愛好者們都知道，現在的無人機最大的問題之一就是它很容易摔壞。這主要是因為它們沒有適當的保護裝置。不過，本周麻省理工學院（MIT）計算機科學和人工智能實驗室（CSAIL）的科學家們開發出了一種3D打印軟材料的新方法，可以讓無人機或機器人更安全、精確地移動，并能夠提高其耐用性。

研究人員們使用是一種被稱為“可編程粘彈性材料（PVM）”的新型材料，該材料可以使用戶對3D打印對象的每個部分進行編程，以獲得自己想要剛度和彈性水平。

比如，在3D打印了一個能夠借助彈跳移動的方塊機器之后，研究人員就為它裝備了這種能夠減震的“皮膚”，這種皮膚可以將傳導到地面的能量削減到只有1/250（見下面的視頻）。

“這種沖擊力的削減可以防止一架無人機在撞到地面上時轉子折斷或者斷開。”CSAIL主任Daniela Rus說，他是該項目的負責任人和一篇相關論文的共同作者。“這些材料也使我們可以3D打印出具有粘彈屬性的機器人。”

研究人員們稱，這種皮膚讓機器人或者無人機的著陸精確度提升了四倍，而且類似的避震裝置也可以幫助延長運輸無人機的使用壽命。據悉，相關研究論文將會于下周在韓國舉辦的IEEE/RSJ智能機器人與系統國際會議正式發布，其作者包括Rus及其3個博士后——主要作者 Robert MacCurdy和Jeffrey Lipton、第三作者Shuguang Li。

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您可能會認為，這不就是常見的減震材料嗎？有什么了不起的？但是市面上類似的橡膠或者塑料等減震材料其屬性和提供的阻尼水平都是固定的，如果要根據特定的要求進行自定義的話，不僅很耗時，成本也非常高昂。

對此，該研究團隊提出的解決方法就是3D打印。通過在設計中加入具有不同機械性能的材料，3D打印技術就能夠讓用戶根據對象不同部分的確切需要對材料進行“編程”。

那么，他們是怎么做的呢？借助一臺標準的3D打印機，該團隊使用一種固體、一種液體和一種被叫做TangoBlack +的柔性橡膠類材料打印出了該方塊機器人及其皮膚。他們使用一種噴墨技術來逐層沉積不同材料的滴液，然后用UV光來固化這些非液體材料。

研究人員介紹說，該方塊機器人由一個剛性軀體、兩個馬達、一個微控制器、電池和慣性測量單元傳感器組成。此外，研究人員還使用了四層環形金屬帶來作為推動該方塊機器人的彈簧。

“通過將多種材料結合起來實現單個材料無法實現的屬性，這項研究大大擴展了3D打印可能的應用范圍。”哥倫比亞大學工程學教授Hod Lipson評論說，他也是《3D打印:從想象到現實》一書的作者。“最重要的是，如今他們能夠僅用一次打印作業就做到這一點。”

Rus稱，這種可編程粘彈性材料（PVM）可以用于許多其他防護用途，包括減震的跑步鞋和帽子等。而且，通過減輕機器人身上電機帶來的震動，PVM不僅能夠保護像攝像機和傳感器這樣的靈敏部件，而且也能使機器人更易于控制。”

這項研究得到了美國國家自然科學基金（NSF）的資助。