3D打印｜哈佛科學(xué)家3D打印出世界首個軟體章魚機器人

近日，在哈佛大學(xué)，由一群來自3D打印、機械工程、微流體控制等領(lǐng)域的科學(xué)家們組成的研究團隊向外界展示了世界上**臺自主、無約束的完全軟機器人。這個小小的3D打印機器人——綽號為Octobot——有可能為新一代的全軟、自主機器人鋪平道路。

在從下面的視頻可以看到Octobot的活動情況。據(jù)科學(xué)家們稱，這個軟機器人是完全自主的，它是研究人員結(jié)合了嵌入式3D打印技術(shù)、注塑成型和軟光刻技術(shù)制造出來的。

據(jù)了解，軟機器人是機器人領(lǐng)域的前沿地帶，它有望徹底改變?nèi)祟惻c機器的互動。不過這一次研究人員要做的是一個里里外外全軟的機器人。而之前，機器人的電動動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)——如電池和電路板——一直沒有辦法用軟性材料來完成。要知道迄今為止，現(xiàn)在的軟機器人要么被綁在其它系統(tǒng)上，要么不得不靠硬部件來支撐。

哈佛大學(xué)Wyss生物工程研究所核心成員Robert Wood博士和Jennifer Lewis博士領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。他們也分別是哈佛John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)院的Hansj?rg Wys生物工程教授和Charles River工程與應(yīng)用科學(xué)教授。這項研究成果被發(fā)表在了近期的《Nature》雜志上。

“創(chuàng)造一個全軟的機器人一直是軟機器人研究領(lǐng)域的一個長期愿景，但是在此之前，人們一直不得不努力嘗試用類似軟系統(tǒng)取代剛性部件，如電池和電子控制等，然后放到一起?！盬ood說：“這項研究顯示我們可以很容易地制造出一個簡單的全軟機器人的關(guān)鍵部件，從而為更復(fù)雜的設(shè)計奠定基礎(chǔ)?！?br style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box;word-wrap:break-word !important;" />

“通過混合組裝方法，我們能在軟機器人體內(nèi)以快速的方式3D打印出每個所需的功能部件，包括燃料存儲、電源和驅(qū)動等?！盠ewis說：“Octobot只是一個簡單的例子，旨在展示我們對于嵌入式自主功能性的集成設(shè)計和增材制造能力。”

從圖片上看，軟機器人Octobot很像一只章魚，事實上，章魚也確實是在軟機器人科學(xué)家們一直的靈感源泉。這種有趣的生物盡管沒有骨架，但是可以展示出令人難以置信的力量和敏捷性。

據(jù)了解，Octobot是氣動式的，即它的運動要依靠氣體的壓力，而非電力。該機器人體內(nèi)的一個反應(yīng)裝置會將極少量的液體燃料（過氧化氫）轉(zhuǎn)化為大量的氣體，這些氣體會注入Octobot的武器，使它們像氣球一樣膨脹。

全軟機器人Octobot不靠電力做動力來源，它實際上依靠包含化學(xué)反應(yīng)的微流控通道自動完成它的動作。

“以前軟體機器人的動力來源總是依賴某種類型的剛性構(gòu)件。”該研究的共同**作者Michael Wehner說：“關(guān)于過氧化氫最美妙的是，通過這種化學(xué)物質(zhì)與催化劑（鉑）的簡單反應(yīng)，使我們能夠取代剛性動力來源?！?br style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box;word-wrap:break-word !important;" />

而為了控制反應(yīng)過程，這個研究團隊使用了一種微流控邏輯電路。這個電路實際上是一個簡單的電子振蕩器的軟性類似物，它可以控制過氧化氫向Octobot分解氣體的過程。

“整個系統(tǒng)制造起來很簡單，它結(jié)合了三種制造方法——軟光刻、注塑成型和3D打印。使用這些技術(shù)，我們可以快速制造這些設(shè)備?！痹擁椖康牧硪幻芯咳藛TRyan Truby說。

制造技術(shù)的簡單性為更復(fù)雜的設(shè)計鋪平了道路。接下來，哈佛研究團隊希望能設(shè)計出可以爬行、游泳和與環(huán)境互動的Octobot。

“這項研究只是一個概念驗證?！盩ruby說。“我們希望自己的這些用于創(chuàng)建軟機器人的方法能夠?qū)δ切C器人學(xué)家、材料科學(xué)家和專注于先進制造的研究人員有所啟發(fā)。”