机器人技术的新时代：3D打印机器人坚硬 外面柔软

哈佛大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师们创造了第一台机器人，其3D打印机身从刚性核心过渡到柔软的外部。该机器人能够进行超过30次不受限制的跳跃，并由丁烷和氧气混合提供动力。研究人员在7月10日的“ 科学 ”杂志上描述了机器人的设计，制造和测试。

“我们相信，将软质和刚性材料结合在一起将有助于创造新一代快速，灵活的机器人，这些机器人比以前的机器人更加强大和适应性更强，可以安全地与人类并肩工作，”机械助理教授迈克尔托利说。加州大学圣地亚哥分校的工程学博士，以及该论文的副主编之一，尼古拉斯巴特利特博士，博士。哈佛大学Wyss学院的学生，大部分工作都在那里进行。Bartlett和Tolley设计，制造并测试了机器人。

Tolley说，将软硬材料混合到机器人体内的想法来自大自然。例如，某些种类的贻贝的脚开始变软，然后在与岩石接触的地方变得僵硬。“在本质上，复杂性的成本非常低，”托利说。“使用像3D打印这样的新制造技术，我们正试图将其转化为机器人技术。”

Tolley说，软机器人往往很慢，特别是在完成任务时没有受到电源和其他电子设备的束缚，他最近共同撰写了一份关于自然软机器人的研究评论(Rus，Tolley，v.521，pp.467- 475)。研究人员希望他们的工作能够将刚性部件更好地集成到软机器人中，然后软机器人将更快地移动而不会影响与他们一起工作的人的安全。

对于科学中描述的机器人，刚性层使得与设备的电子脑和电源的接口更好。柔软的层使其在跳跃后降落时不易受到损坏。

机器人由两个嵌套的半球组成。顶部半球就像一个半壳，一次性3D打印，具有九层不同的刚度，创造出一种从外部的橡胶般的柔韧性到靠近核心的完全刚性的结构。研究人员尝试了几种版本的设计，并得出结论，完全刚性的顶部可以实现更高的跳跃。但是更灵活的顶部更有可能在着陆时受到影响，允许机器人重复使用。他们决定采用更灵活的设计。

Tolley说，这个过程中一个具有挑战性的部分是设计可用于3D打印机器人的现成材料。制造商提供的规格不够详细，因此他和他的共同作者打印样本以测试他们使用的每一种材料。他们收集的数据使他们能够计算机器人上半部分中九个不同层的精确刚度。他们使用这些信息来模拟机器人的性能并加快设计过程。

机器人的下半部分是灵活的，包括一个小室，在跳跃之前注入氧气和丁烷。气体被点燃后，这一半的表现非常像篮球几乎瞬间充气，推动机器人跳跃。当化学电荷耗尽时，底部半球恢复其原始形状。

两个半球围绕着一个刚性核心模块，其中包含定制电路板，高压电源，电池，微型空气压缩机，丁烷燃料电池和其他组件。在一系列测试中，机器人横向跳跃了2.5英尺(0.75米)高，半英尺(0.15米)。在实验中，机器人跳了100多次，并从近四英尺的高度再度下降了35次。

托利是哈佛大学的博士后助理，当时他完成了本文的大部分工作。他于2014年秋季在加州大学圣地亚哥分校受雇。在加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院的实验室里，他借鉴了大自然的设计，设计了由软材料组成的机器人。折叠机器人; 和自组装的机器人。他计划在未来几年进一步探索和拓展具有生物学启发的机器人技术领域。