3d打印的機(jī)器人具有防震皮膚

看過(guò)無(wú)人機(jī)視頻或《太空堡壘》(BattleBots)一集的人都知道，機(jī)器人會(huì)崩潰——通常是因?yàn)樗鼈儧](méi)有合適的襯墊來(lái)保護(hù)自己。

但本周，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的研究人員將提出一種3d打印軟材料的新方法，該方法能使機(jī)器人在行動(dòng)中更安全、更精確，并可用于提高無(wú)人機(jī)、電話(huà)、鞋子、頭盔等設(shè)備的耐用性。

該團(tuán)隊(duì)的“可編程粘彈性材料”(PVM)技術(shù)允許用戶(hù)將3d打印對(duì)象的每個(gè)單獨(dú)部分編程成他們想要的精確剛度和彈性水平，這取決于他們需要的任務(wù)。

例如，在3d打印出一個(gè)可以跳躍移動(dòng)的立方體機(jī)器人后，研究人員給它配備了減震“皮膚”，它只消耗傳輸?shù)降孛娴哪芰康?/250。

CSAIL項(xiàng)目主管丹妮拉?羅斯(Daniela Rus)表示:“這種減少完全不同于防止無(wú)人機(jī)的旋翼折斷，或防止傳感器在落地時(shí)破裂。”羅斯負(fù)責(zé)監(jiān)督該項(xiàng)目，并與人合寫(xiě)了一篇相關(guān)論文?！斑@些材料讓我們能夠制造出具有粘彈性的3d打印機(jī)器人，用戶(hù)可以在打印時(shí)輸入這些材料，作為制造過(guò)程的一部分。”

這些外殼還能讓機(jī)器人的著陸精度提高近四倍，這表明類(lèi)似的減震器可以用來(lái)延長(zhǎng)送貨無(wú)人機(jī)的壽命，比如亞馬遜(Amazon)和谷歌正在開(kāi)發(fā)的送貨無(wú)人機(jī)。

這篇新論文將于下周在韓國(guó)舉行的IEEE/RSJ智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議上發(fā)表。它是由Rus與三位博士后共同撰寫(xiě)的:主要作者Robert MacCurdy和Jeffrey Lipton，以及第三作者李曙光。

給事情潑冷水

設(shè)置阻尼器有很多原因，從控制鋼琴的音調(diào)，到保持汽車(chē)輪胎在地面上，再到保護(hù)像無(wú)線電發(fā)射塔這樣的結(jié)構(gòu)不受暴風(fēng)雨的影響。

最常見(jiàn)的阻尼材料是“粘彈”，如橡膠和塑料，具有固體和液體性質(zhì)。粘彈性材料價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)緊湊，容易找到，但通常只在特定尺寸和特定阻尼水平下才能買(mǎi)到，因?yàn)槎ㄖ扑鼈兎浅：臅r(shí)。

該團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，解決方案是3d打印。通過(guò)在設(shè)計(jì)中加入不同力學(xué)性能的材料，3d打印允許用戶(hù)對(duì)材料進(jìn)行“編程”，以滿(mǎn)足他們對(duì)物體每個(gè)部分的精確需求。

利普頓說(shuō):“使用現(xiàn)有的制造方法很難定制軟物體，因?yàn)槟阈枰M(jìn)行注塑或其他一些工業(yè)過(guò)程?！薄?d打印開(kāi)辟了更多的可能性，讓我們提出這樣一個(gè)問(wèn)題:‘我們能做出以前不能做出的東西嗎?’”

該團(tuán)隊(duì)使用標(biāo)準(zhǔn)的3d打印機(jī)，使用一種固體、液體和一種叫做TangoBlack+的柔性橡膠狀材料來(lái)打印立方體和它的表皮。PVM過(guò)程與Rus之前的3d打印機(jī)器人工作相關(guān)，用噴墨打印機(jī)一層一層地沉積不同材料的液滴，然后用紫外線固化非液體。

立方體機(jī)器人包括一個(gè)剛體、兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)微控制器、電池和慣性測(cè)量單元傳感器。四層環(huán)形金屬條作為推動(dòng)立方體的彈簧。

哥倫比亞大學(xué)的工程學(xué)教授、《制造:3d打印的新世界》一書(shū)的合著者之一的Hod Lipson說(shuō):“通過(guò)將多種材料結(jié)合在一起來(lái)獲得基本材料范圍之外的性能，這項(xiàng)工作突破了打印的極限。”“最重要的是，能夠在單一印刷作業(yè)中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，提高了增材制造的門(mén)檻?！?/p>

Rus說(shuō)PVMs還可以有很多其他的保護(hù)用途，包括減震跑鞋和頭盔。例如，通過(guò)抑制機(jī)器人馬達(dá)帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)，PVMs不僅能夠保護(hù)相機(jī)和傳感器等敏感部件，還能讓機(jī)器人更容易控制。

“能夠?qū)σ粋€(gè)物體的不同區(qū)域進(jìn)行編程，對(duì)于像頭盔這樣的東西來(lái)說(shuō)具有重要的意義，”麥克科迪說(shuō)。“你可以讓某些部件的材料讓你的頭部舒適地休息，而其他的減震材料則用于最有可能在碰撞中受到影響的部分?！?/p>