科學(xué)家發(fā)明可減震可編程3D打印材料

  據(jù)了解，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(duì)3D打印對(duì)象的每個(gè)部分進(jìn)行編程，以獲得自己想要?jiǎng)偠群蛷椥运健?

  比如，在3D打印了一個(gè)能夠借助彈跳移動(dòng)的方塊機(jī)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(dǎo)到地面的能量削減到只有1/250。

  “這種沖擊力的削減可以防止一架無(wú)人機(jī)在撞到地面上時(shí)轉(zhuǎn)子折斷或者斷開。”CSAIL主任DanielaRus說(shuō)，他是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)任人和一篇相關(guān)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(jī)器人。”

  研究人員們稱，這種皮膚讓機(jī)器人或者無(wú)人機(jī)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(zhǎng)運(yùn)輸無(wú)人機(jī)的使用壽命。

  據(jù)悉，相關(guān)研究論文將會(huì)于下周在韓國(guó)舉辦的IEEE/RSJ智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議正式發(fā)布，其作者包括Rus及其3個(gè)博士后——主要作者RobertMacCurdy和JeffreyLipton、第三作者ShuguangLi。

  您可能會(huì)認(rèn)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(jù)特定的要求進(jìn)行自定義的話，不僅很耗時(shí)，成本也非常高昂。

  對(duì)此，該研究團(tuán)隊(duì)提出的解決方法就是3D打印。通過(guò)在設(shè)計(jì)中加入具有不同機(jī)械性能的材料，3D打印技術(shù)就能夠讓用戶根據(jù)對(duì)象不同部分的確切需要對(duì)材料進(jìn)行“編程”。

  那么，他們是怎么做的呢?借助一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的3D打印機(jī)，該團(tuán)隊(duì)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(jī)器人及其皮膚。他們使用一種噴墨技術(shù)來(lái)逐層沉積不同材料的滴液，然后用UV光來(lái)固化這些非液體材料。

  研究人員介紹說(shuō)，該方塊機(jī)器人由一個(gè)剛性軀體、兩個(gè)馬達(dá)、一個(gè)微控制器、電池和慣性測(cè)量單元傳感器組成。此外，研究人員還使用了四層環(huán)形金屬帶來(lái)作為推動(dòng)該方塊機(jī)器人的彈簧。

  “通過(guò)將多種材料結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)單個(gè)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的屬性，這項(xiàng)研究大大擴(kuò)展了3D打印可能的應(yīng)用范圍。”哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)教授HodLipson評(píng)論說(shuō)，他也是《3D打印:從想象到現(xiàn)實(shí)》一書的作者。“最重要的是，如今他們能夠僅用一次打印作業(yè)就做到這一點(diǎn)。”

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

  這項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(NSF)的資助。