能减震的可编程3D打印材料

寂静天花板

无人机爱好者们都知道，现在的无人机最大的问题之一就是它很容易摔坏。这主要是因为它们没有适当的保护装置。不过，本周麻省理工学院（MIT）计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的科学家们开发出了一种3D打印软材料的新方法，可以让无人机或机器人更安全、精确地移动，并能够提高其耐用性。

研究人员们使用是一种被称为“可编程粘弹性材料（PVM）”的新型材料，该材料可以使用户对3D打印对象的每个部分进行编程，以获得自己想要刚度和弹性水平。

比如，在3D打印了一个能够借助弹跳移动的方块机器之后，研究人员就为它装备了这种能够减震的“皮肤”，这种皮肤可以将传导到地面的能量削减到只有1/250（见下面的视频）。

“这种冲击力的削减可以防止一架无人机在撞到地面上时转子折断或者断开。”CSAIL主任Daniela Rus说，他是该项目的负责任人和一篇相关论文的共同作者。“这些材料也使我们可以3D打印出具有粘弹属性的机器人。”

研究人员们称，这种皮肤让机器人或者无人机的着陆精确度提升了四倍，而且类似的避震装置也可以帮助延长运输无人机的使用寿命。据悉，相关研究论文将会于下周在韩国举办的IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议正式发布，其作者包括Rus及其3个博士后——主要作者 Robert MacCurdy和Jeffrey Lipton、第三作者Shuguang Li。

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您可能会认为，这不就是常见的减震材料吗？有什么了不起的？但是市面上类似的橡胶或者塑料等减震材料其属性和提供的阻尼水平都是固定的，如果要根据特定的要求进行自定义的话，不仅很耗时，成本也非常高昂。

对此，该研究团队提出的解决方法就是3D打印。通过在设计中加入具有不同机械性能的材料，3D打印技术就能够让用户根据对象不同部分的确切需要对材料进行“编程”。

那么，他们是怎么做的呢？借助一台标准的3D打印机，该团队使用一种固体、一种液体和一种被叫做TangoBlack +的柔性橡胶类材料打印出了该方块机器人及其皮肤。他们使用一种喷墨技术来逐层沉积不同材料的滴液，然后用UV光来固化这些非液体材料。

研究人员介绍说，该方块机器人由一个刚性躯体、两个马达、一个微控制器、电池和惯性测量单元传感器组成。此外，研究人员还使用了四层环形金属带来作为推动该方块机器人的弹簧。

“通过将多种材料结合起来实现单个材料无法实现的属性，这项研究大大扩展了3D打印可能的应用范围。”哥伦比亚大学工程学教授Hod Lipson评论说，他也是《3D打印:从想象到现实》一书的作者。“最重要的是，如今他们能够仅用一次打印作业就做到这一点。”

Rus称，这种可编程粘弹性材料（PVM）可以用于许多其他防护用途，包括减震的跑步鞋和帽子等。而且，通过减轻机器人身上电机带来的震动，PVM不仅能够保护像摄像机和传感器这样的灵敏部件，而且也能使机器人更易于控制。”

这项研究得到了美国国家自然科学基金（NSF）的资助。