3D打印新突破：可一次性打印出带骨骼、肌腱、韧带的机械手
原创 | 文 BFT机器人
近日，来自瑞士苏黎世联邦理工学院 (ETH) 和美国初创公司Inkbit的研究团队采用最新的激光扫描技术，成功地实现了机械手的3D打印，其内部结构由类人骨骼、韧带和肌腱组成。这项新技术使一次性3D打印具有弹性的特种塑料成为可能，为柔性机器人结构的生产开辟了全新路径。
3D打印技术的发展十分迅速，过去，3D打印仅限于快速固化塑料，但现在也适用于慢速固化塑料——它们的优势在于更耐用、更坚固同时也有增强的弹性。现在，有越来越多的研究人员正在研究使用聚合物原料一次性3D打印出更复杂且更耐用的机械手。这项新技术使得柔软弹性特性与刚性材料的结合变得更加容易，研究人员可以根据需要使用它创建精致的结构和带有空腔的零件。
在这项新研究中，科学家们首次成功使用缓慢固化的硫醇烯聚合物一次性打印出了机械手。硫醇烯聚合物固化缓慢，但它们比聚丙烯酸酯（通常用于商业3D喷墨打印机的橡胶状材料）更有弹性更耐用，弯曲后恢复到原始状态的速度比聚丙烯酸酯快得多。
此外，硫醇烯的硬度也可很好地进行微调，以满足柔性机器人的要求。与传统硬邦邦的金属机器人相比，使用柔软材料制造的机器人具有更多优势。它们柔软的身体可以在与人类共同工作时降低对人类和自身的风险，同时也更适合处理易碎物品。
常用的3D打印机通常会逐层生产物体，通过喷嘴在每个点以粘性形式沉积给定材料，然后紫外线灯会立即固化每一层。以前的方法需要在每个固化步骤结束后刮掉或者压平表面不规则的材料。这意味着不能使用柔软或缓慢固化的材料，因为它们会被弄脏或压扁变形，甚至会粘住刮刀。
Inkbit多年来一直致力于解决这个问题，为了适应慢固化聚合物的使用，团队添加了3D激光扫描仪，该扫描仪可以立即检查每个打印层是否有任何表面不规则性。这种反馈机制可以根据实时精确的计算，在打印下一层时对材料进行调整，以精确补偿材料的不足打印出具有韧带和肌腱的手。
领导这项研究的苏黎世联邦理工学院机器人学教授Robert Katzschmann表示，这意味着一旦材料沉积，打印机就不需要与材料接触。“这带来了各种好处，因为现在你可以使用聚合时间更长、硬化时间更长的化学物质，这为更有用的材料开辟了一个全新的空间。”
研究人员正在不断地改进生产方法、聚合物的化学成分和寿命，相对快速和适应性强的3D打印方法有朝一日可能会带来许多新颖的工业、建筑和机器人设计。例如，可以帮助考古学家完成对文物的修复，也可以打印出一个一模一样的赝品摆放在博物馆里供人参观和欣赏，真迹保存在特定的环境里。
在医疗上应用于矫正器械——世界上没有完全相同的两片叶子，每个人的身体部位尺寸也都不尽相同，3D打印技术可以帮助患者定制属于自己的矫正器械。医疗研究人员还可以通过3D打印技术将药品中某些对人体有副作用的成分剔除，这对于药物研发有着很大的帮助。
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