3D打印正在不斷向新的領(lǐng)域突破。

     日前，有報道稱，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員利用3D打印技術(shù)，制造出一只柔性機(jī)器人，整個打印過程簡單而且快速。利用這一方法，可以僅使用3D打印機(jī)，便能實(shí)現(xiàn)制造類似昆蟲的柔性機(jī)器人。

     其中，最重要的技術(shù)突破就是3D打印出柔性骨架。柔性骨架與傳統(tǒng)的柔性機(jī)器人很不同，會像昆蟲的結(jié)構(gòu)一樣在特定區(qū)域增強(qiáng)剛度，而傳統(tǒng)的柔性機(jī)器人一般只在實(shí)體上黏附柔性材料。據(jù)悉，一個完整組裝的類昆蟲柔性機(jī)器人，由幾個柔性骨架組成。每個骨架組件，需要大約10分鐘的打印時間，在不到兩小時內(nèi)，就能打印和組裝出一個成品。

      值得注意的是，這一技術(shù)將大大降低成本。其單個組件的3D打印成本不到1美元，除此以外最貴的部件就是處理電源、傳感器和電池?？蒲薪缦嚓P(guān)人士在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者采訪時認(rèn)為，此類新的3D打印技術(shù)，將有助于加快各領(lǐng)域在科研方面的進(jìn)展?！叭绻麤]有3D打印，在實(shí)驗(yàn)過程中，需要自己去尋找適合的零部件。如果要采取特殊的訂制方法，成本很高，絕對遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1美元。”

促進(jìn)仿生領(lǐng)域發(fā)展

     近年來，3D打印技術(shù)作為一種快速成型技術(shù)，已經(jīng)趨于成熟化。該技術(shù)以數(shù)字三維模型為圖紙，采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)，以實(shí)現(xiàn)逐層打印制造物品。目前，已經(jīng)有不少企業(yè)開始使用3D打印技術(shù)制作的零部件，并且廣泛運(yùn)用于汽車、航空、牙科、醫(yī)療等各大領(lǐng)域。

     據(jù)了解，3D打印柔性骨架，其主要方法是把剛性材料，打印在柔軟的薄聚碳酸酯板上來制作。發(fā)展中的3D打印技術(shù)，可以大幅提高仿生領(lǐng)域的研究進(jìn)展，例如制造打印蛇形柔性機(jī)器人。蛇形柔性機(jī)器人可以應(yīng)用在復(fù)雜地形或多層多縫隙地形的勘察工作。在高危復(fù)雜地形和場景下，如地震后坍塌樓層的搜救都可以發(fā)揮作用。

      再以昆蟲柔性機(jī)器人為例，由于蜻蜓翅膀的紋理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此具有優(yōu)異的飛行性能和機(jī)動性，3D打印出并模擬蜻蜓翅膀的結(jié)構(gòu)，可以深入研究微小飛行器在氣動力方面的理論。此前，任職于浙江大學(xué)寧波研究院的張晟教授和他的團(tuán)隊(duì)，將蜻蜓翅膀的一個重要結(jié)構(gòu)作為研究對象，透過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的可視化方法進(jìn)行了研究。

      通過3D打印技術(shù)，制作了三種脈結(jié)構(gòu)的仿蜻蜓翅膀：開放式節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、封閉式節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（帶限彎器）和剛性機(jī)翼。利用高速攝影機(jī)在風(fēng)洞中對機(jī)翼結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行了可視化方法研究，研究節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)機(jī)翼在滑翔飛行中的作用。通過實(shí)驗(yàn)，了解了節(jié)點(diǎn)對機(jī)翼結(jié)構(gòu)的柔度影響程度。此外，閉合的節(jié)點(diǎn)翼（帶限彎器）使靜脈結(jié)構(gòu)具有靈活性，而不會失去關(guān)節(jié)的強(qiáng)度和剛度。

   “蜻蜓在自然界中被譽(yù)為飛行達(dá)人，哪怕在狂風(fēng)暴雨中依舊能保持平衡，無論是滑翔還是在拍翅膀飛行中。利用3D打印的昆蟲柔性機(jī)器人，可以更好地控制飛行器在極端條件下的運(yùn)行，例如大風(fēng)大雨之類的極端天氣。我們通過學(xué)習(xí)和仿生蜻蜓翅膀，可以制造出更好的飛行翼，對微飛行器的發(fā)展很有幫助?！睆堦山淌趯?1世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者表示。

降低使用成本

     3D打印技術(shù)不僅被廣泛運(yùn)用于各大制造業(yè)領(lǐng)域，其技術(shù)簡單、廉價、快速成型的優(yōu)點(diǎn)也深受科研人員的喜愛。原本費(fèi)時費(fèi)力的實(shí)驗(yàn)材料，可以更便捷地通過3D技術(shù)量身打印，大幅度加快各科研領(lǐng)域的研究速度。

     前述柔性機(jī)器人的打印方法，不需要任何特殊設(shè)備，只需幾分鐘即可創(chuàng)建柔軟靈活的3D打印機(jī)器人。研究人員沒有將軟材料添加到剛性機(jī)器人主體中，而是從軟主體入手，在關(guān)鍵組件中添加剛性特征。這些結(jié)構(gòu)靈感來自于昆蟲的骨骼，骨骼既有柔軟的部分又有剛性的部分。

   通過這項(xiàng)技術(shù)，只要很少的手工組裝，就可以構(gòu)建大型的柔性骨架機(jī)器人，并且可以建成類似樂高的零件庫，輕松更換機(jī)器人零件。同時，3D打印技術(shù)，還將衍生出一些專門結(jié)合3D打印技術(shù)為一體的交叉型學(xué)科。

     過去， 3D打印技術(shù)也被運(yùn)用于模擬皮膚方面的研究。任職于中科院上海高等研究院的曾祥瓊教授和她的團(tuán)隊(duì)，設(shè)計了一種新型壓阻式皮膚傳感器，模擬人體皮膚的紋理和靈敏度。這是一種新型材料，由交聯(lián)的表面分布著碳納米管的聚二甲基硅氧烷微球（MPs）組成，并通過3D打印而成。

由這些傳感器制成的電子皮膚，其模量與人體皮膚相似；此外，它在外力作用下會發(fā)生彈性變形。通過模擬人體皮膚的接觸行為，研究了電子皮膚對剪切力的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)觸覺傳感器對施加的剪切力敏感度高，具備響應(yīng)時間短、耐久性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

     前述科研行業(yè)人士表示，電子皮膚的力學(xué)性能與人體皮膚相似，因此研制的電子皮膚能夠穿戴在真實(shí)皮膚上，像皮膚一樣適應(yīng)與運(yùn)動有關(guān)的皮膚應(yīng)變。期望3D打印柔性觸覺傳感器可以用于各種工程應(yīng)用，如皮膚貼片傳感器網(wǎng)絡(luò)和植入式生物醫(yī)學(xué)設(shè)備?！霸诮窈蟮墓ぷ髦校覀儗⑾到y(tǒng)地研究不同微結(jié)構(gòu)器件的傳感和摩擦學(xué)特性，以及器件的小型化和可擴(kuò)展性設(shè)計?！?/p>

    不過，無論是自動駕駛、3D打印、還是量子計算等新興技術(shù)，仍然還在等待消費(fèi)級的突破。隨著5G的發(fā)展，以及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的打通，3D打印技術(shù)有望在更多的場景落地。