顶刊《Adv Mater》综述:用于软机器人的3D打印材料

3D打印科研前沿
2021
01/12
14:25
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来源:材料科学与工程

如今,增材制造已成为软机器人领域中完全集成的制造过程。尽管如此,在全打印的软机器人制造中仍然存在一些挑战。这些挑战可以分为两大类:i)搜索和开发软机器人技术所需的高性能材料;以及 ii)开发新的打印功能,从而一步一步地制造出软机器人。软机器人技术是研究领域中的一个新兴领域,其重点是使用高度顺应性的材料构建无电机机器人,其中一些类似于在生物体中发现的机器人。软机器人技术在各种领域(如软爪,执行器和生物医学设备)中具有很高的应用潜力。软机器人的3D打印提出了一种新颖而有前途的方法,可以直接从数字设计中形成具有复杂结构的对象。 为此,来自以色列希伯来大学的Ela Sachyani Keneth等人在《Advanced Materials》上发表题为“用于软机器人的3D打印材料”的综述文章。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202003387
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该文总结了用于软机器人3D打印的材料的最新进展,包括高性能的柔性和可拉伸材料,水凝胶,自修复材料和形状记忆聚合物,以及全打印机器人的制造(多 -材料印刷,嵌入式电子产品,无束缚和自主机器人技术)。介绍了3D打印软机器人制造中的当前挑战,包括可用的材料和打印能力,并对应对这些挑战的近期活动进行了调查。这篇综述描述了这些挑战以及克服这些挑战的最新方法。

该文在第2节中讨论了用于3D打印的高性能材料,包括可拉伸和柔韧性材料,可逆SMP和具有自愈(SH)特性的水凝胶。第3节重点介绍制造所有打印机器人所需的打印能力和材料方法,例如多用途、材料印刷、带有嵌入式电子设备的软机器人以及不受限制的自主机器人。在第4节中,将解决在软系统建模方面的当前挑战,并提出克服这些挑战的方法。
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图1.软机器人3D打印的未来挑战。从左至右:柔性和可拉伸材料的图像。
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图2.夹具和由柔性和可拉伸材料组成的传感器示意图
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图3.自我修复行为的应用示意图
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图4.3D可打印可逆SMP执行器的示意图
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图5.多材料打印结构的示例
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图6.嵌入式电子设备的示例

从该综述可知,3D打印已成为制造软机器人的一种常用且广泛使用的技术,它能够以相对简单的方式形成复杂的结构。可以通过各种3D打印技术制造软机器人,并使用越来越多的可用材料进行商业化和自行开发。然而,仍然存在涉及开发适合各种印刷技术的材料的挑战,这些材料能够在不进行后印刷组装的情况下实现全功能的软机器人设备的印刷。我们希望针对柔韧性和可拉伸材料,可逆SMP和SH特性的进一步研究将导致软机器人技术取得重大进展。另外,需要进一步发展印刷技术,主要用于多材料印刷和印刷嵌入式电子产品。该领域的未来目标是连续制造可立即使用的全印刷机器人,而无需连接布线或组装零件。这将包括打印电源,例如电池,泵或燃料电池以及任何其他所需的组件,以及打印机器人所有不同部分(即执行器,传感器和控制系统)的能力。(文:SSC)


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