探(tan)索科技未(wei)知(zhi)：微(wei)納(na)3D打(da)印技術賦能(neng)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)

當前(qian)智能(neng)制(zhi)造正(zheng)在席(xi)卷全(quan)球(qiu)，加之工業(ye)自動化技術的(de)叠代(dai)發展(zhan)，推動了生(sheng)物醫療、航空(kong)航(hang)天(tian)、環境(jing)監測等(deng)行(xing)業(ye)對(dui)機器(qi)人(ren)應用需求(qiu)的(de)增(zeng)加，軟(ruan)體(ti)機器人(ren)應運而(er)生。

軟(ruan)體(ti)機器人(ren)就(jiu)是模(mo)仿自然界中的(de)軟(ruan)體(ti)動物柔(rou)軟(ruan)結構(gou)和(he)運動方式(shi)，基(ji)於(yu)柔(rou)性材料制(zhi)造出(chu)的(de)壹種新型(xing)機器人(ren)。它(ta)具備無限自由(you)度和連(lian)續(xu)變(bian)形(xing)能力等(deng)特(te)性，對(dui)於(yu)傳(chuan)統機器人(ren)無法到達或(huo)正(zheng)常(chang)工作(zuo)的(de)特(te)殊環(huan)境(jing)有(you)著很強的(de)適應能力，柔軟(ruan)的(de)構(gou)型(xing)材料使機器人(ren)具備更強的(de)人(ren)機交互能力，使其(qi)具有(you)廣泛的(de)應用前景(jing)。

01合作(zuo)共(gong)贏：PµSL技術與軟(ruan)體(ti)機器人(ren)

在生物(wu)醫療領(ling)域，軟(ruan)體(ti)機器人(ren)可(ke)以(yi)作為(wei)手術機器(qi)人(ren)，為手術提(ti)供(gong)更加精(jing)準(zhun)的(de)控制(zhi)和操作；在航空(kong)航天(tian)領(ling)域，軟(ruan)體(ti)機器人(ren)可(ke)以(yi)用於(yu)維(wei)修和保(bao)養太(tai)空艙等(deng)設(she)施；在環境(jing)監測領(ling)域，軟(ruan)體(ti)機器人(ren)可(ke)以(yi)用於(yu)勘探(tan)地質(zhi)和救援(yuan)行動。當然，在內窺(kui)鏡(jing)、智能傳感(gan)器和(he)仿生(sheng)結構(gou)領(ling)域也具有(you)前瞻(zhan)性(xing)和(he)創新性(xing)的(de)應用場景(jing)。

據Market Data Forecast研究表(biao)示，2022年(nian)全(quan)球(qiu)軟(ruan)機器(qi)人(ren)市場規模(mo)為4.0143億(yi)美元，預計2028年(nian)估(gu)值將達到56.5797億(yi)美元，預計2023-2028年(nian)的(de)年(nian)復(fu)合增(zeng)長(chang)率(lv)為(wei)39%。

其(qi)中Markets and Markets報告指出(chu)，3D打(da)印機器人(ren)市場在2023年(nian)的(de)價值為(wei)16億美元，預計到2028年(nian)將達到32億(yi)美元，預測期(qi)內的(de)年(nian)復(fu)合增(zeng)長(chang)率(lv)為(wei)14.6%。發展(zhan)至今(jin)，軟(ruan)體(ti)機器人(ren)已經逐(zhu)漸(jian)進(jin)步(bu)到更精密的(de)行業應用。

目前(qian)，摩(mo)方精(jing)密在軟(ruan)體(ti)機器人(ren)應用已有(you)著豐(feng)富(fu)的(de)科研經驗，在研究生物(wu)體(ti)和軟(ruan)體(ti)機器人(ren)結構(gou)與(yu)特(te)性之間的(de)相關性(xing)中，設計制(zhi)備出具有(you)該(gai)特(te)性的(de)結構(gou)和(he)材料，通(tong)過(guo)面(mian)投影(ying)微(wei)立體(ti)光(guang)刻（PµSL）技術，可(ke)完(wan)成(cheng)復(fu)雜三維微(wei)結構(gou)的(de)快速成(cheng)型(xing)制(zhi)作，摩(mo)方精(jing)密制(zhi)備出的(de)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)相關精(jing)細(xi)零件(jian)被應(ying)用於(yu)內窺(kui)鏡(jing)、手術機器(qi)人(ren)、仿生結構(gou)、智(zhi)能傳感(gan)器等(deng)眾(zhong)多領(ling)域。

02創(chuang)新突破：PµSL技術助力科研案(an)例(li)

在軟(ruan)體(ti)機器人(ren)的(de)應用領(ling)域，摩(mo)方精(jing)密已(yi)經與眾多科研機構(gou)建(jian)立了緊密的(de)合作關系(xi)，共(gong)同完(wan)成(cheng)了(le)許多具有(you)突破(po)性(xing)的(de)科研成(cheng)果(guo)。

• 混(hun)合(he)驅動(dong)手(shou)術機器(qi)人(ren)

香港城市大(da)學(xue)生(sheng)物醫學(xue)工程系(xi)申(shen)亞京(jing)教(jiao)授帶領(ling)的(de)研究團隊(dui)開(kai)發了(le)壹款毫米級的(de)軟(ruan)連(lian)續(xu)體(ti)機器人(ren)，其(qi)在線(xian)控和磁(ci)場的(de)混(hun)合(he)驅動(dong)模(mo)式下同時(shi)擁(yong)有(you)大(da)轉(zhuan)角和(he)高(gao)精度操作(zuo)能(neng)力，解決了在狹(xia)長(chang)受限環(huan)境下操(cao)作的(de)問題(ti)。

為(wei)了(le)實(shi)現(xian)毫米級外(wai)形(xing)尺寸(cun)的(de)混(hun)合(he)驅動(dong)，該(gai)團(tuan)隊(dui)基(ji)於(yu)摩(mo)方精(jing)密超(chao)高精(jing)度光(guang)固(gu)化3D打(da)印機nanoArch®P140打(da)印出超(chao)薄(bo)的(de)鏤空型(xing)機器人(ren)骨架(jia)（長(chang)度30mm，外(wai)徑3.0mm，壁(bi)厚300μm），並在薄(bo)壁(bi)上(shang)形(xing)成(cheng)150μm的(de)貫穿孔(kong)用於(yu)腱索的(de)布置。

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• 分(fen)級(ji)互鎖結構(gou)型(xing)柔性壓(ya)力傳感(gan)器

南(nan)方科(ke)技大(da)學(xue)的(de)郭(guo)傳(chuan)飛(fei)教(jiao)授團(tuan)隊(dui)設(she)計(ji)了(le)由(you)微(wei)穹(qiong)頂(ding)陣列(lie)與(yu)帶有(you)次級微(wei)柱(zhu)的(de)微(wei)穹(qiong)頂(ding)陣列(lie)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)壹種分級(ji)互鎖結構(gou)，降低(di)了結構(gou)硬(ying)化給傳感(gan)器帶來(lai)影響(xiang)的(de)問題(ti)。

該(gai)研究團隊(dui)使用摩(mo)方精(jing)密nanoArch®S130，打(da)印具有(you)微(wei)穹(qiong)頂(ding)結構(gou)以(yi)及分(fen)級微(wei)穹(qiong)頂(ding)結構(gou)的(de)樹(shu)脂(zhi)作(zuo)為(wei)模(mo)具。PμSL技術可(ke)實(shi)現(xian)分級互鎖結構(gou)的(de)高精度、定制(zhi)化打(da)印，進壹步(bu)可(ke)助力於(yu)高(gao)靈敏(min)和寬線(xian)性(xing)傳感(gan)的(de)柔性壓(ya)力傳感(gan)器的(de)制(zhi)備。

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• 柔性(xing)雙模(mo)態智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器

北(bei)京航(hang)空航天(tian)大(da)學(xue)文(wen)力課題(ti)組提(ti)出(chu)的(de)基(ji)於(yu)雙(shuang)模(mo)態智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)界面(mian)的(de)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)非接觸(chu)交(jiao)互示教(jiao)方法(fa)。在該(gai)研究中，基(ji)於(yu)研究團隊(dui)所(suo)研發多模(mo)態柔(rou)性(xing)傳(chuan)感(gan)界面(mian)，可(ke)在不接觸(chu)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)、無任何穿戴(dai)設備的(de)情(qing)況下利用裸手(shou)交互地示(shi)教(jiao)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)，使其(qi)實現(xian)復雜三維運動。

課題(ti)組基(ji)於(yu)摩(mo)擦納米發電(dian)機(ji)原(yuan)理(li)和液(ye)態金屬(shu)的(de)壓(ya)阻效(xiao)應提(ti)出(chu)了(le)壹種能夠(gou)對(dui)非接觸(chu)信(xin)號(hao)和接觸(chu)信(xin)號(hao)進行(xing)實時感(gan)知(zhi)和解耦的(de)柔性雙模(mo)態智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器。該(gai)團(tuan)隊(dui)利用摩(mo)方精(jing)密nanoArch®S140，實(shi)現(xian)了柔性介(jie)電(dian)層(ceng)表(biao)面(mian)微(wei)型(xing)金字塔(ta)模(mo)具的(de)3D打(da)印，該(gai)傳(chuan)感(gan)器自身(shen)具有(you)較強(qiang)的(de)柔性和可(ke)拉(la)伸(shen)性(xing)。

• 仿蠓蟲軟(ruan)體(ti)機器人(ren)（多運動步(bu)態）

香港中文(wen)大(da)學(xue)張(zhang)立教(jiao)授課題(ti)組聯(lian)合北(bei)京(jing)計(ji)算科學(xue)研究中心(xin)丁陽教(jiao)授課題(ti)組以(yi)及美國卡耐(nai)基(ji)梅隆大(da)學(xue)Carmel Majidi教(jiao)授課題(ti)組提(ti)出(chu)壹種磁(ci)性(xing)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)平(ping)臺(tai)用於(yu)重(zhong)建和解耦復雜(za)生物運動，解決了平(ping)臺(tai)缺(que)乏解耦復雜(za)生物行(xing)為(wei)的(de)問題(ti)。

該(gai)磁(ci)性(xing)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)模(mo)板法(fa)或(huo)者(zhe)3D打(da)印工藝(yi)制(zhi)造。該(gai)工作(zuo)中使用了摩(mo)方精(jing)密nanoArch®S130，打(da)印壹種節肢型(xing)的(de)水凝膠磁(ci)性(xing)機(ji)器(qi)人(ren)，借助高精度光(guang)固(gu)化成(cheng)型(xing)方式(shi)可(ke)制(zhi)備高深(shen)寬比(bi)軟(ruan)體(ti)機器人(ren)，復刻蠓幼蟲的(de)多種運動步(bu)態，並結合(he)編程，進壹步(bu)實(shi)現(xian)智能驅動(dong)、控制(zhi)等(deng)。

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機(ji)器(qi)人(ren)的(de)出現(xian)為人(ren)類(lei)打(da)開(kai)了(le)無(wu)限的(de)想(xiang)象空(kong)間，幫助人(ren)類(lei)探(tan)索環境(jing)，探(tan)索宇宙和生(sheng)命(ming)的(de)奧秘，完(wan)成(cheng)許(xu)多人(ren)類(lei)無(wu)法(fa)完(wan)成(cheng)或(huo)難(nan)以(yi)完成(cheng)的(de)任務。只(zhi)有(you)善用機器(qi)人(ren)的(de)力量，才(cai)能推(tui)動(dong)社會(hui)的(de)進步，實現(xian)人(ren)類(lei)文(wen)明的(de)跨越式發展(zhan)。