图片来源：Rayne Group/UCLA

加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的一个研究团队开发了一种新的机器人设计、制造和 3D 打印技术，无需组装即可一步制造机器人。该团队在《科学》杂志上发表了一篇论文，概述了他们的研究结果，并展示了他们使用可以行走、机动和跳跃的技术制造的小型机器人。

这一突破使机器人所需的所有机械和电子系统能够使用新的 3D 打印工艺一次性制造出来。制造商可以直接打印具有多种功能的活性材料（也称为超材料）。由此产生的“元机器人”能够移动、感知和决策。

这种印刷超材料不仅可以作为机器人的结构框架，而且由于其内部的网格结构，还具有感知和运动的功能，可以根据程序指令自主运动。结构本身已经具备传感和驱动功能，唯一需要的附加组件就是电池。

“我们希望这种智能机器人材料的设计和打印方法能够促进一系列自动化材料的开发，未来可以替代现有的复杂机器人装配工艺。”该项目的首席研究员、加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 穆里工程学院助理教授 Sa Rayne Zheng 表示。 “它具有复杂的运动、多态感知和可编程的决策能力，就像骨骼、肌腱和神经同步工作以控制运动的生物系统一样。”

该团队展示了集成控件和电池的结果，每个机器人只有指甲那么大。郑说，这项新技术可以为医疗机器人领域带来全新的设计理念，例如自主内窥镜或微型游泳机器人。这些微型机器人可以在人体内自主移动，并通过超声波避障和寻路将药物输送到特定位置。

这些“元机器人”也可用于探索危险环境。例如机器设备图片，在倒塌的建筑物中，一群带有集成传感组件的微型机器人可以快速进入密闭空间，评估危险程度，并找到被困在瓦砾中的人以帮助救援工作。

来源：Rayne Group/UCLA

绝大多数机器人，无论大小，都需要一系列复杂的流程来创建和组装它们的身体、电子设备和运动部件。与使用这项新技术制造的机器人相比，这使得最终结果体积庞大、冗余且输出效率低下。

这项新技术的关键是压电超材料的设计和制造。他们设计了一种由大量微小网格组成的超材料，可以在电流作用下改变形状，并在受到外力改变形状时输出电流。

将电能直接转化为运动的活性材料并不是一个新概念。然而，这些材料往往在它们的运动范围和距离上有很大的限制。它们通常需要连接到变速箱等传动系统，以完成对车身的驱动。

而加州大学洛杉矶分校团队研发的机器人（每个约一枚硬币大小）与结构材料高度集成，具有双向压电效应，可以弯曲、翻转、扭曲、旋转、膨胀和收缩。同时，团队还发布了一套设计此类材料的方法机器设备图片，让用户可以设计自己的作品，直接用3D打印制作机器人。

来源：Rayne Group/UCLA

“这使得机器人的驱动单元能够被精确调节，以在不同类型的表面上做出快速复杂的运动”，该论文的第一作者，来自郑晓宇的“增材制造与超材料实验室”（和）博士后崔华臣老兄解释道。 “这种材料具有双向压电效应，使其能够自主感知自身状态，通过超声波回波检测障碍物，并通过负回路控制调整机器人运动方向的速度。”

利用这项技术，该团队制作并展示了三个具有不同功能的“元机器人”。其中一个可以绕过随机放置的障碍物并通过 S 曲线。另一个可以对刺激做出反应并逃离。还有一种可以穿过崎岖不平的地面，甚至可以小幅度跳跃。

翻译：董玉衡

审稿人：魏晓

介绍来源：OF-LOS