4D打印技术助力软体机器人的发展?

尽管执行器的3D打印是一个相对较新的研究领域，但由于高度可定制，可编程的小规模执行器在微/中尺度机器人中的潜在应用（包括3D打印的类似头发的执行器），对此领域的兴趣有所增长。常见的研究领域是用于可能的工业应用的软致动器，其中各种3D打印技术（FDM，DLP，SLS，喷墨，直接墨水书写（DIW）和定制的SLA平台）已被用于构建具有多种功能的多材料致动器。改进的性能，功能，设计灵活性和制造效率。

在软机器人，模制和软光刻中用于微型执行器的传统制造方法受到限制，而3D打印已为它们带来了多个优势。借助3D打印，固有的设计自由度意味着可以轻松地在很小的规模上定制执行器，甚至可以将其设计为精确地模仿生物灵感的架构。正如迪肯大学和诺丁汉特伦特大学的研究人员在这项研究中建立的那样，应用程序现已发展到包括4D打印。

这项研究于7月份发表在《视觉与物理原型》杂志上，该研究将4D打印/ 3D打印技术应用于制造可弯曲的气动执行器（SPA），以响应气压的变化。这些4D / 3D打印的执行器是使用弹性体制成的，能够响应于简单的气压变化而传递各种运动，例如弯曲，扭曲，旋转，滚动，跳跃。

这些执行器在工业应用中优于传统机器人，例如食品包装，水果收获，太空探索或非侵入性手术，并且在灵活性，重量轻，运动幅度和可重复性，制造的简易性和成本效益等方面提供了改进的性能。 。此类4D / 3D打印制造方法还可能潜在地允许在弹性体材料中集成制造包括传感器（电阻，电容，化学或生物传感器）的嵌入式电子设备，从而为此类微型SPA提供控制机制。

正如研究指出的那样，尽管4D / 3D打印面临着自身的挑战，但它仍可以为微型应用开发这种高分辨率的微型功能。迫切需要缩小和缩小3D / 4D打印SPA的尺寸，特别是通过添加用于实际应用的微米级功能，以处理微型精致物体，例如细胞。但是，这种功能应该在SPA的所有关键组件中都可扩展，包括集成的传感器，柔性电子设备和控制器。但是，SPA的小型化受到3D打印机分辨率和3D打印挑战（例如避免微尺度空隙和通道）的限制。”

DIW是一种使用光固化树脂的基于挤出的3D打印技术，用于制造具有可调机械性能的可编程生物启发式SPA。使用DIW的制造方法具有优于FDM，SLA，SLS，喷墨和DLP的优势-产生的空隙少，所需的刚度和疲劳特性不同，强度和断裂伸长率更高。 4D打印SPA的新方法开发了自激振动功能，或将波纹管型和嵌入式纤维结合到3D打印的弹性体基质中。在可持续性方面，可以使用可回收材料设计3D打印SPA，以降低对环境的影响，并通过优化参数来减少其碳足迹和浪费。

此类研究为4D打印SPA的设计，自动制造，建模和控制开辟了广泛的可能性，并且随着材料的进一步改进，将为下一代实现更好性能的软机器人执行器提供指导，定制，新应用，成本效益和可持续性，同时还使人机交互比以往任何时候都更安全。
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