研究人员发现通过3D打印技术将低成本微型机器人小型化的巨大潜力

８月10日讯，瑞典林雪平大学的一组研究人员使用定制的基于挤压的3D打印机开发了一套用于微机器人的微执行器。执行器包含一种电活性聚合物，该聚合物在打印后在有电荷的情况下会改变形状，从而赋予其4D功能。

虽然4D打印的软机器人通常仅限于厘米或毫米级，但特殊开发的技术允许研究人员将其驱动机制缩小到微米范围，厚度约为20微米。他们声称自己的定制机器具有多功能性和可扩展性，并希望借助以前看不见的复杂微型机器人来“扩大软机器人的范围”。

电活性聚合物技术

电活性聚合物（EAP）技术是许多软机器人设备背后的驱动力。它描述了在受到电荷时会激活或激活的材料。在软机器人中，这相当于肌肉收缩（并且通常看起来像一个）。根据研究人员的说法，尝试缩小EAP执行器的尺寸常常会遇到很多挑战。诸如光刻的微制造技术能够实现较低的驱动电势和较高的功率重量比，但往往涉及复杂的工艺。这使得将它们与当前市场和技术集成变得困难。

在这里，增材制造可带来很多好处，因为可以即时修改产品，显着降低能源成本并将废物产生减少十倍。最终，该团队认为，这可能会使EAP设备对于更广泛的应用而言更便宜，更可行。

4D打印微执行器

研究的第一阶段涉及构建打印机。机器的基础是三轴可编程CNC工作台，配备了高精度的流体分配系统。连接到分配系统的是5mL锁定注射器，从而通过平台的横向运动控制挤出速率。该团队使用市售的载玻片作为模板。他们首先在载玻片上放置了一层仅40nm厚的金薄层，以形成导电层。然后研究人员使用注射器将一层可紫外线固化的聚氨酯丙烯酸酯凝胶分配到导电层上。凝胶将继续形成微执行器的“身体和手臂”。凝胶在紫外线下完全固化后，研究小组在金片的另一面上沉积了一层聚吡咯（EAP）。

该团队设法重复了此过程多次，打印出长度范围从5000微米一直到1000微米的微致动器。他们开发的最薄的微致动器只有20微米厚。研究人员发现，与其他3D打印方法的典型1kV +相比，他们可以以低至1V的电位来启动设备。科学家认为，他们的工作显示出通过3D打印技术将低成本微型机器人小型化的巨大潜力。

对于4D打印的软机器人，有许多种不同的致动方法-电气致动就是其中之一。赖斯大学的研究人员最近使用4D打印了自己的软机器人，这些机器人会因温度变化而激活。他们打算将这项技术开发到可以用于按需重新配置自身的生物医学植入物的程度。

在其他地方，南洋理工大学的研究人员又向前迈进了一步，他们印刷了完全不需要任何实时人工输入的软机器人。该过程包括用乙醇溶胀弹性体以在致动器的结构中引起应力。随着乙醇自身蒸发和弹性体变干，材料会因固有存储在其中的弹性能而变形。
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