中國的研究人員使用多材料3D打印設計了一種軟機器人執行器，可以響應承重負載，快速響應以幫助在類似任務中與剛性機器人競爭。去年年底，一家中國工廠發生了一場可怕的機器人事故，這一事故造成一名工人被尖刺刺穿，這表明與剛性部件機器人接近或相互作用可能會非常危險。出于這個原因，研究人員正在推進機器人的設計和開發，其中軟驅動器和其他部件可以與剛性機器人相媲美。

來自新加坡科技與設計大學(SUTD)和上海交通大學(SJTU)的跨機構和學科團隊開發了一種新方法，用于制造他們稱之為“快速響應，剛度可調”(FRST)的軟驅動器?？梢栽诔兄厝蝿罩酗@示出前所未有的響應能力。研究人員在高級功能材料雜志上發表了一篇關于他們工作的論文。

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軟機器人可以輕松適應周圍環境，并提供與人類安全，共存的互動。然而，軟機器人執行承重任務以及更嚴格的對應物通常具有挑戰性。

這可能會隨著新的執行器而改變，這些執行器由形狀記憶聚合物(SMP)制成，并使用混合多材料3D打印進行設計和開發。根據研究論文，執行器可以在32秒內完成軟化加強循環，顯示出與剛性部件制成的機器人類似的提升物體的能力。

設計的關鍵是使用SMP，它們能夠將硬度可逆地改變兩到三個數量級并且兼容3D打印。然而，研究人員表示，在過去，基于SMP的軟驅動器通常受到響應緩慢，變形小以及具有微觀特征的自動化制造困難的限制。

這項新工作通過將商業噴墨多材料3D打印技術與直接墨水書寫方法結合起來解決了這些問題，SUTD科學與數學集群的助理教授Qi(Kevin)Ge表示，他是此項聯合負責人項目。

Ge說，研究人員使用嵌入式SMP層實現了執行器的剛度可調性，而嵌入加熱和冷卻元件可以實現設備的快速響應。實際上，SMP層與執行器主體的集成在不犧牲靈活性和適應性的情況下將其剛度提高了120倍。

具體而言，研究人員使用印刷有銀納米粒子墨水的可變形導電電路通過局部焦耳加熱來激活SMP的橡膠狀態。Ge說，一旦執行器被加壓空氣變形，該過程就會使用冷卻液驅動通過流體通道來鎖定幾何結構并降低SMP的溫度。

“即使在釋放壓縮空氣后，處于剛性狀態的變形執行器也可以執行承載任務，”Ge說。“更重要的是，加熱 - 冷卻循環可以在大約半分鐘內完成，這是報告的最快速度據我們所知。“

為了證明他們方法的成功，該團隊設計了一個帶有三個FRST執行器的機器人抓手，可以抓住和提升任意形狀的物體，各種重量從不到10克到1.5千克，Ge說。他補充說，他們使用計算模型來模擬FRST執行器的機械和熱電行為，以指導其設計并提供增強負載能力的見解。