研究人员开发了用于微型软机器人执行器的高分辨率3D打印的工艺流程

软机器人是一类由合规材料制成的机器人系统，能够安全地适应复杂的环境。他们最近看到了快速的增长，并采用了多种设计，涵盖从米到亚微米的多种长度刻度。

特别地，毫米级的小型软机器人具有实际意义，因为它们可以设计为由气动简单驱动的微型执行器的组合。它们也非常适合在狭窄区域内导航和操纵小物体。

但是，将软气动机器人缩小到毫米会导致更精细的功能，这些功能减少了一个数量级以上。当此类机器人采用传统工艺(如成型和软光刻)制造时，其设计复杂性要求很高的精致度。尽管新兴的3-D打印技术(如数字光处理(DLP))提供了较高的理论分辨率，但如何处理微尺度的空隙和通道而又不会造成堵塞仍然是一项挑战。确实，很少有成功的3D打印微型软气动机器人示例。

最近，来自新加坡和中国的研究人员，即来自新加坡科技设计大学(SUTD)，南方科技大学(SUSTech)和浙江大学(ZJU)的研究人员，提出了指导DLP 3-D打印的通用工艺流程。适用于软机器人的微型气动执行器，总尺寸为2-15 mm，特征尺寸为150-350μm(请参见图片)。他们的研究发表在先进材料技术杂志上。

“我们利用DLP 3-D打印的高效率和分辨率来制造微型软机器人执行器，”研究项目首席研究员SUSTech的Qi(Kevin)副教授说。“为确保印刷产品中可靠的印刷保真度和机械性能，我们引入了一种新的范例，用于系统有效地调整材料配方和关键加工参数。”

在DLP 3-D打印中，通常将光吸收剂添加到聚合物溶液中，以提高横向和垂直方向的打印分辨率。同时，过度增加剂量会导致材料的弹性迅速降低，这对于软机器人维持较大的变形至关重要。

“为实现合理的权衡，我们首先选择了在投射的紫外线波长处具有良好吸收率的光吸收剂，并根据机械性能测试确定了合适的材料配方。接下来，我们将固化深度和XY保真度表征为确定合适的曝光时间和切片厚度的组合。” SUTD的第一作者张元芳解释说。

“通过遵循这一流程，我们能够在自建的多材料3D打印系统上生产各种具有各种结构和变形模式的微型软气动机器人执行器，所有这些结构和变形模式都小于一枚新加坡元硬币。该方法应与商业立体光刻(SLA)或DLP 3-D打印机兼容，因为不需要任何硬件修改。” SUSTech的相应作者Qi Ge教授说。

为了举例说明潜在的应用，研究人员还设计了一种软碎屑清除器，该碎屑清除器包括一个连续操纵器和一个3-D打印的微型软气动夹具。它可以在狭窄的空间中导航，并在难以到达的位置收集小物体。

所提出的方法为具有复杂几何形状和复杂的多材料设计的3D打印微型软机器人铺平了道路。将印刷的微型软气动执行器集成到机器人系统中，为诸如喷气发动机维护和微创外科手术等潜在应用提供了机会。