頂刊《Adv Mater》綜述：用于軟機器人的3D打印材料

來源：材料科學與工程

如今，增材制造已成為軟機器人領(lǐng)域中完全集成的制造過程。盡管如此，在全打印的軟機器人制造中仍然存在一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)可以分為兩大類：i）搜索和開發(fā)軟機器人技術(shù)所需的高性能材料；以及 ii）開發(fā)新的打印功能，從而一步一步地制造出軟機器人。軟機器人技術(shù)是研究領(lǐng)域中的一個新興領(lǐng)域，其重點是使用高度順應(yīng)性的材料構(gòu)建無電機機器人，其中一些類似于在生物體中發(fā)現(xiàn)的機器人。軟機器人技術(shù)在各種領(lǐng)域（如軟爪，執(zhí)行器和生物醫(yī)學設(shè)備）中具有很高的應(yīng)用潛力。軟機器人的3D打印提出了一種新穎而有前途的方法，可以直接從數(shù)字設(shè)計中形成具有復雜結(jié)構(gòu)的對象。 為此，來自以色列希伯來大學的Ela Sachyani Keneth等人在《Advanced Materials》上發(fā)表題為“用于軟機器人的3D打印材料”的綜述文章。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202003387

該文總結(jié)了用于軟機器人3D打印的材料的最新進展，包括高性能的柔性和可拉伸材料，水凝膠，自修復材料和形狀記憶聚合物，以及全打印機器人的制造（多 -材料印刷，嵌入式電子產(chǎn)品，無束縛和自主機器人技術(shù)）。介紹了3D打印軟機器人制造中的當前挑戰(zhàn)，包括可用的材料和打印能力，并對應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的近期活動進行了調(diào)查。這篇綜述描述了這些挑戰(zhàn)以及克服這些挑戰(zhàn)的最新方法。

該文在第2節(jié)中討論了用于3D打印的高性能材料，包括可拉伸和柔韌性材料，可逆SMP和具有自愈（SH）特性的水凝膠。第3節(jié)重點介紹制造所有打印機器人所需的打印能力和材料方法，例如多用途、材料印刷、帶有嵌入式電子設(shè)備的軟機器人以及不受限制的自主機器人。在第4節(jié)中，將解決在軟系統(tǒng)建模方面的當前挑戰(zhàn)，并提出克服這些挑戰(zhàn)的方法。

圖1.軟機器人3D打印的未來挑戰(zhàn)。從左至右：柔性和可拉伸材料的圖像。

圖2.夾具和由柔性和可拉伸材料組成的傳感器示意圖

圖3.自我修復行為的應(yīng)用示意圖

圖4.3D可打印可逆SMP執(zhí)行器的示意圖

圖5.多材料打印結(jié)構(gòu)的示例

圖6.嵌入式電子設(shè)備的示例

從該綜述可知，3D打印已成為制造軟機器人的一種常用且廣泛使用的技術(shù)，它能夠以相對簡單的方式形成復雜的結(jié)構(gòu)。可以通過各種3D打印技術(shù)制造軟機器人，并使用越來越多的可用材料進行商業(yè)化和自行開發(fā)。然而，仍然存在涉及開發(fā)適合各種印刷技術(shù)的材料的挑戰(zhàn)，這些材料能夠在不進行后印刷組裝的情況下實現(xiàn)全功能的軟機器人設(shè)備的印刷。我們希望針對柔韌性和可拉伸材料，可逆SMP和SH特性的進一步研究將導致軟機器人技術(shù)取得重大進展。另外，需要進一步發(fā)展印刷技術(shù)，主要用于多材料印刷和印刷嵌入式電子產(chǎn)品。該領(lǐng)域的未來目標是連續(xù)制造可立即使用的全印刷機器人，而無需連接布線或組裝零件。這將包括打印電源，例如電池，泵或燃料電池以及任何其他所需的組件，以及打印機器人所有不同部分（即執(zhí)行器，傳感器和控制系統(tǒng)）的能力。（文：SSC）