3D打印软机器人使用形状记忆聚合物向前和向退

去年11月，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员发表了一项研究，解释了形状记忆聚合物如何成为制造适应性材料的催化剂，这种材料一旦加热就会恢复到原来的形状。该研究小组在试验中使用了3D打印、可编程设计和热粘弹性超材料，Kristina Shea教授和她的博士生（Tim）Chen为实验开发了3D打印形状记忆聚合物条带。

活动结构的形状变换。 [图片：苏黎世联邦理工学院，2017年]

现在，Shea教授和她的团队已经与加州理工学院的研究人员合作，在3D打印和软机器人的概念研究的新证据中使用这些条带。研究小组创建了一种3D打印的迷你潜艇，不需要推进剂，电源或引擎。Shea教授解释说：“我们工作的主要内容是，我们已经开发出了一种全新的有前途的推进装置，它完全可以3D打印，可以调节并且无需外部电源。”

该团队为游泳机器人开发了一种新的推进概念，他们利用水中的温度波动来划桨。使用多材料3D打印机制作7.5厘米的微型潜水艇，该潜水艇配备了双桨驱动的双稳态推进元件。这个元素是由Shea教授和Chen的两个形状记忆聚合物触发的，它们在温水中膨胀，像肌肉一样为机器人提供动力。最近在PNAS杂志（美国国家科学院院刊）上发表了一篇关于3D打印潜艇的论文，题为“利用柔软，无束缚机器人定向推进”。作者包括来自加州理工学院的Chen，Osama R. Bilal，Shea教授和加州理工学院的Chiara Daraio。

  
一个简单的迷你潜艇与两个桨。 [图片：Tim Chen，苏黎世联邦理工学院）

软机器人的主要挑战之一是将致动，控制，推进和传感集成在一个机制中，如果迷你潜水艇的水被加热，膨胀的肌肉会导致双稳态元件卡住，从而触发桨冲程。尽管未来研究人员相信他们可以3D打印具有多个执行器的复杂游泳机器人，但微型潜水艇的每个执行元件都可以在进行必要的

动重新编程之前完成一次桨冲程。
该团队目前的3D打印机器人可以一次性向前划桨，释放一枚硬币，然后以相反方向冲程回到起始点，它通过感应水中的温度变化来完成所有这些。通过改变形状记忆聚合物肌肉的几何形状，科学家们可以定义触发顺序 ，薄聚合物带将更快响应，因为它们在温水中加热速度更快。

未来，这款3D打印游泳软体机器人可能会进一步发展成为探索海洋的低功率船只;此外，科学家还可以使用对环境因素（如水的盐度或酸度）产生反应的形状记忆聚合物。