3D打印软体机器人使用形状记忆聚合物向前和后退

去年11月，苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究人员发表了一项研究，解释了形状记忆聚合物如何成为制造适应性材料的催化剂，这种材料一旦加热就会恢复到原来的形状。

该研究小组在试验中使用了3D打印、可编程设计和热粘弹性超材料，Kristina Shea教授和她的博士生(Tim)Chen为实验开发了3D打印形状记忆聚合物条带。

现在，Shea教授和她的团队已经与加州理工学院的研究人员合作，在3D打印和软机器人的概念研究的新证据中使用这些条带。研究小组创建了一种3D打印的迷你潜艇，不需要推进剂，电源或引擎。Shea教授解释说：“我们工作的主要内容是，我们已经开发出了一种全新的有前途的推进装置，它完全可以3D打印，可以调节并且无需外部电源。”

该团队为游泳机器人开发了一种新的推进概念，他们利用水中的温度波动来划桨。使用多材料3D打印机制作7.5厘米的微型潜水艇，该潜水艇配备了双桨驱动的双稳态推进元件。这个元素是由Shea教授和Chen的两个形状记忆聚合物触发的，它们在温水中膨胀，像肌肉一样为机器人提供动力。最近在PNAS杂志(美国国家科学院院刊)上发表了一篇关于3D打印潜艇的论文，题为“利用柔软，无束缚机器人定向推进”。作者包括来自加州理工学院的Chen，Osama R. Bilal，Shea教授和加州理工学院的Chiara Daraio。

软机器人的主要挑战之一是将致动，控制，推进和传感集成在一个机制中，如果迷你潜水艇的水被加热，膨胀的肌肉会导致双稳态元件卡住，从而触发桨冲程。尽管未来研究人员相信他们可以3D打印具有多个执行器的复杂游泳机器人，但微型潜水艇的每个执行元件都可以在进行必要的手动重新编程之前完成一次桨冲程。

该团队目前的3D打印机器人可以一次性向前划桨，释放一枚硬币，然后以相反方向冲程回到起始点，它通过感应水中的温度变化来完成所有这些。通过改变形状记忆聚合物肌肉的几何形状，科学家们可以定义触发顺序 ，薄聚合物带将更快响应，因为它们在温水中加热速度更快。

未来，这款3D打印游泳软体机器人可能会进一步发展成为探索海洋的低功率船只;此外，科学家还可以使用对环境因素(如水的盐度或酸度)产生反应的形状记忆聚合物。