基于3D打印的磁性軟體機(jī)器人

來源：悟空打印坊

MIT科學(xué)家團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于3D打印的磁性軟體機(jī)器人，通過一個(gè)游戲手柄，就能控制該機(jī)器人“跳”“滾”“爬”，各種功能可以通過編程來實(shí)現(xiàn)。

背景簡介
能夠?qū)�光、熱、電進(jìn)行響應(yīng)并在三維上進(jìn)行形狀改變的軟體材料在軟體機(jī)器人、柔性電子器件以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。特別是磁場能夠?yàn)樾枰�在遠(yuǎn)程封閉空間控制的生物醫(yī)藥領(lǐng)域提供一種安全有效的操控方式。

創(chuàng)新點(diǎn)

圖1：3D打印噴頭設(shè)計(jì)

該團(tuán)隊(duì)使用了一種特殊的打印墨水，由可磁化的鐵釹硼合金微粒和氣相二氧化硅納米粒子組成。在硅樹脂中的氣相二氧化硅是一種流變改性劑誘導(dǎo)產(chǎn)生墨水書寫所需的力學(xué)性能，這保證了墨水能順利通過噴嘴和層層堆疊。同時(shí)在打印噴頭處施加磁場，這樣我們就可以利用磁場調(diào)整粒子的方向（粒子沿著磁場方向排布），從而實(shí)現(xiàn)圖案化。

圖2：模型建立

該團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)模型來預(yù)測經(jīng)過編程的鐵磁疇在磁場下的3D打印的結(jié)構(gòu)變化。通過他們的模型指導(dǎo)，他們設(shè)計(jì)了一種機(jī)械超材料，它能在應(yīng)用范圍內(nèi)，在0.5s內(nèi)快速收縮，當(dāng)磁場移開后，他們又能回復(fù)原狀。這樣利用磁場驅(qū)動，就避免了直接接觸的需要。

圖3：功能示意圖

經(jīng)評估，這種3D打印的磁性軟體材料在0.1s-0.5s內(nèi)應(yīng)變水平為0.15-0.25，提供的功率密度范圍為22.3kwm-3-309.3kwm-3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的3D打印的形狀可改變的材料。

未來展望
他們的新型3D打印方法，作為一個(gè)制造平臺，可以推廣到多種復(fù)合油墨使用不同類型的彈性體和水凝膠基質(zhì)和磁性顆粒。在未來，他們在形狀可編程軟材料的設(shè)計(jì)和制造中引入了新的設(shè)計(jì)參數(shù)-磁疇圖、磁化強(qiáng)度和驅(qū)動場。

而且這種基于磁場的無束縛、復(fù)雜和快速的形狀移動軟材料的遙控驅(qū)動，為在柔性電子、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性。