新型材料让机器人更懂你
新型材料让机器人更懂你
新型功能性软材料正在彻底改变机器人技术。从医疗手术到工业生产,从灾难救援到太空探索,这些新材料不仅让机器人更加灵活和智能,还为人类生活带来了前所未有的便利。
软体机器人材料创新的突破
2024年7月,美国西北大学(2025USNews美国大学排名:6)的研究团队开发出一种新型软性装置,这种装置能够像人类肌肉一样通过扩张和收缩移动。这一突破性技术采用了3D打印技术,使用常见的热塑性聚氨酯材料,使得软性装置的生产更加便捷且成本低廉。
研究团队通过3D打印“手性剪切奥克塞体”(HSAs)结构,使得HSAs更柔软、更灵活。他们设计了一个由单个伺服电机驱动的软性装置,使机器人能够自主移动。这一创新为更具生物启发的机器人迈出了重要一步。
这种新型软性装置的成本约为3美元,材料成本不包括驱动装置的小电机。低成本的设计使得软体机器人在实际应用中更加经济实惠,具有广泛的应用前景。
新材料提升机器人性能与智能化水平
软体机器人在生物医学领域的应用潜力巨大。例如,在微创手术中,软体机器人能够进行精确操作,减少对周围组织的损伤。在康复治疗中,软体机器人能够帮助患者恢复运动功能。根据一项研究,使用软体机器人进行的康复训练比传统方法更能提高患者的运动能力和生活质量。
此外,软体机器人在灾难救援和太空探索等领域的应用前景也被看好。它们能够穿越狭窄空间,在无结构环境和杂乱碎片中搜寻幸存者。近年来,使用3D打印技术制造软体机器人的趋势明显增加。这种方法为设计师提供了增强自由度,并简化了关键软体机器人设计原则的实施。
当前的先进技术已完全整合了3D打印,实现了一步直接数字制造功能性软体机器人,减少了人工干预。这利用了各种打印方法提供的几何设计自由度,生产复杂的柔性3D结构,嵌入内部功能元素如气动微通道,并将处理不同功能的多种材料集成到独立结构中。
未来发展前景与挑战
随着技术的进步,软体机器人有望推动医疗和智能诊断等领域的发展,带来更多便利与安全。尽管软体机器人仍在发展中,但其在生物医学领域的应用前景广阔。未来的研究方向包括生物相容性、仿生设计、可降解性和集成医疗成像技术等。
加州理工学院高伟教授团队在《Chemical Reviews》期刊上发表的综述论文《可穿戴和植入式软体机器人》中指出,未来的软体机器人将通过新型驱动器、生物兼容材料和先进制造技术,增强多功能性和智能性,能够自主运行、适应复杂环境并执行复杂任务。
然而,机器人技术的广泛应用也伴随着挑战。如何确保这些技术的安全性、有效性和伦理性,将是教育者和研究者需要共同面对的重要课题。我们需要建立相应的标准和规范,以确保机器人在教育和社会服务中的应用能够真正造福人类。
总体来看,新型功能性软材料的创新正在为机器人技术开辟新的可能性。从医疗健康到工业生产,从教育辅助到日常生活,这些新材料让机器人更加灵活、智能,也更懂人类的需求。随着技术的不断进步,我们有理由相信,机器人将在更多领域发挥重要作用,为人类社会带来更大的便利和惊喜。