增材制造三维机器人超材料取得进展

增材制造使三维结构的刺激响应材料的设计成为可能。与生物系统传感、驱动和控制功能紧密结合在一起不同，很少有建构化材料具有类似复杂性。

近日，来自美国加州大学洛杉矶分校的研究者，报告了一种能够进行多自由度运动，在电场的响应下，可在指定方向上放大应变(反之亦然)的机器人超材料。相关论文以Design and printing of proprioceptive threedimensional architected robotic metamaterials为题发表在Science上。

通过一个由相互连接的压电、导电和结构相组成的三维网络，可以实现从电场向指定方向任意机械应变的双向转换。数值分析和试验验证表明，这些三维微架构压电材料呈现出标准材料无法实现的压电应变常数，并导致大量电场诱导的应变转换。具有设计特征的3D微结构的材料可以直接作为微型机器人执行许多机器人任务，包括运动、转向、步进、双向声音和超声波转导，以及通过反馈控制做出决策。

这种多材料增材制造技术所得到的超材料块具有毫秒到厘米的尺寸，能够输出具有高阻挡力的多自由度运动，以及感知接触和远程刺激。与其他驱动材料(如介电弹性体)相比，机器人超材料具有驱动电压低、频率范围宽、双向传感和驱动等特点。此项研究对未来微型机器人、传感器和机器人材料的发展有直接影响，通过简化的人工材料，将有可能实现理想的运动和决策。