您有沒有想過為什么機器人無法像我們一樣流暢地行走和移動身體？有些機器人可以比人類更高效地奔跑、跳躍或跳舞，但它們的身體動作也顯得機械化。其原因就在于他們?nèi)狈趋?，現(xiàn)在這一問題有望得到有效解決。

近日，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院 (ETH) 和美國初創(chuàng)公司Inkbit的研究團隊找到了一種方法，3D打印出世界上第一只機械手，其內(nèi)部結構由類人骨骼、韌帶和肌腱組成。這只手的特別之處在于，它是使用一種稱為視覺控制噴射 (VCJ) 的全新3D噴墨沉積技術一次性打印而成，相關研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Nature》上。

在這項新研究中，研究人員使用了具有較好柔韌度的慢速固化的聚合物材料。在此前的打印中，大家所常見的往往是使用快速固化的材料，同時在每個固化步驟后還會刮去表面不規(guī)則的部分，最終完成所需要的零件，但這種打印方式不適用于慢速固化的聚合物材料。

為此，研究人員開發(fā)出一種3D打印與激光掃描和反饋機制相結合的新技術，除了3D打印機之外，還有一臺3D激光掃描儀，可以快速檢查每個打印層的表面不規(guī)則情況，實時、精確調(diào)整打印下一層的材料量。

“我們的主要工作是開發(fā)機器視覺系統(tǒng)和完全主動的反饋回路。這幾乎就像賦予打印機一雙眼睛和大腦，眼睛觀察正在打印的內(nèi)容，然后機器的大腦指導它下一步應該打印什么，”該論文的共同通訊作者麻省理工學院電氣工程和計算機科學教授Wojciech Matusik說。

利用這一技術，研究人員成功地一次性打印出一只具有功能性的、肌腱驅(qū)動的機器人手，它有19個可獨立驅(qū)動的肌腱、帶有傳感器墊的柔軟手指以及剛性的承重骨骼。手可以感知觸摸、抓取東西，并在手指觸摸某物時停止手指。

據(jù)了解，Inkbit的VCJ技術起源于傳統(tǒng)的噴墨3D打印，現(xiàn)在通過集成支持AI的3D計算機視覺掃描系統(tǒng)，實時捕獲每層的打印幾何形狀，將其提升到一個全新的水平。具體來說，是通過四個高幀率相機和兩個激光器來快速、連續(xù)地掃描打印表面。當數(shù)千個噴嘴沉積微小的樹脂滴時，相機捕獲圖像。這種數(shù)字閉環(huán)反饋控制操作消除了對機械平坦化刮刀的需求，并能夠使用慢固化化學物質(zhì)進行打印，從而更精確地構建聚合物鏈。因此，VCJ可以直接準確、精確地打印具有各種機械性能的復雜、多材料零件。

這項技術的實際應用非常廣泛。VCJ不僅增強了打印元件的分辨率和功能能力；它還可以制造復雜的通道和腔體內(nèi)部網(wǎng)絡，以通過結構傳輸信號、電力或流體。借助VCJ，現(xiàn)在可以直接制造能夠大規(guī)模執(zhí)行復雜物理任務的復雜多功能系統(tǒng)。

事實上，除了打印出一只手，研究人員還制作了一個可感知帶抓取器的六足機器人，以及一個以心臟為模型的泵。研究人員現(xiàn)在正在考慮使用該系統(tǒng)打印水凝膠，以及硅材料、環(huán)氧樹脂和特殊類型的耐用聚合物。他們還希望探索新的應用領域，例如打印可定制的醫(yī)療設備、半導體拋光墊，甚至更復雜的機器人。

您有沒有想過為什么機器人無法像我們一樣流暢地行走和移動身體？有些機器人可以比人類更高效地奔跑、跳躍或跳舞，但它們的身體動作也顯得機械化。其原因就在于他們?nèi)狈趋?，現(xiàn)在這一問題有望得到有效解決。

近日，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院 (ETH) 和美國初創(chuàng)公司Inkbit的研究團隊找到了一種方法，3D打印出世界上第一只機械手，其內(nèi)部結構由類人骨骼、韌帶和肌腱組成。這只手的特別之處在于，它是使用一種稱為視覺控制噴射 (VCJ) 的全新3D噴墨沉積技術一次性打印而成，相關研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Nature》上。

在這項新研究中，研究人員使用了具有較好柔韌度的慢速固化的聚合物材料。在此前的打印中，大家所常見的往往是使用快速固化的材料，同時在每個固化步驟后還會刮去表面不規(guī)則的部分，最終完成所需要的零件，但這種打印方式不適用于慢速固化的聚合物材料。

為此，研究人員開發(fā)出一種3D打印與激光掃描和反饋機制相結合的新技術，除了3D打印機之外，還有一臺3D激光掃描儀，可以快速檢查每個打印層的表面不規(guī)則情況，實時、精確調(diào)整打印下一層的材料量。

“我們的主要工作是開發(fā)機器視覺系統(tǒng)和完全主動的反饋回路。這幾乎就像賦予打印機一雙眼睛和大腦，眼睛觀察正在打印的內(nèi)容，然后機器的大腦指導它下一步應該打印什么，”該論文的共同通訊作者麻省理工學院電氣工程和計算機科學教授Wojciech Matusik說。

利用這一技術，研究人員成功地一次性打印出一只具有功能性的、肌腱驅(qū)動的機器人手，它有19個可獨立驅(qū)動的肌腱、帶有傳感器墊的柔軟手指以及剛性的承重骨骼。手可以感知觸摸、抓取東西，并在手指觸摸某物時停止手指。

據(jù)了解，Inkbit的VCJ技術起源于傳統(tǒng)的噴墨3D打印，現(xiàn)在通過集成支持AI的3D計算機視覺掃描系統(tǒng)，實時捕獲每層的打印幾何形狀，將其提升到一個全新的水平。具體來說，是通過四個高幀率相機和兩個激光器來快速、連續(xù)地掃描打印表面。當數(shù)千個噴嘴沉積微小的樹脂滴時，相機捕獲圖像。這種數(shù)字閉環(huán)反饋控制操作消除了對機械平坦化刮刀的需求，并能夠使用慢固化化學物質(zhì)進行打印，從而更精確地構建聚合物鏈。因此，VCJ可以直接準確、精確地打印具有各種機械性能的復雜、多材料零件。

這項技術的實際應用非常廣泛。VCJ不僅增強了打印元件的分辨率和功能能力；它還可以制造復雜的通道和腔體內(nèi)部網(wǎng)絡，以通過結構傳輸信號、電力或流體。借助VCJ，現(xiàn)在可以直接制造能夠大規(guī)模執(zhí)行復雜物理任務的復雜多功能系統(tǒng)。

事實上，除了打印出一只手，研究人員還制作了一個可感知帶抓取器的六足機器人，以及一個以心臟為模型的泵。研究人員現(xiàn)在正在考慮使用該系統(tǒng)打印水凝膠，以及硅材料、環(huán)氧樹脂和特殊類型的耐用聚合物。他們還希望探索新的應用領域，例如打印可定制的醫(yī)療設備、半導體拋光墊，甚至更復雜的機器人。