微(wei)納3D打(da)印(yin)：重(zhong)構仿生(sheng)機(ji)器人極限(xian)制造(zao)

在生(sheng)物工(gong)程與機(ji)器人技(ji)術(shu)的交(jiao)匯點(dian)上，人(ren)類對生(sheng)命(ming)本(ben)質的(de)模仿正在(zai)改寫未(wei)來(lai)科技(ji)的邊(bian)界。新型仿生(sheng)微(wei)型機(ji)器人基(ji)於跨(kua)尺度(du)異質結(jie)構(gou)設計與智(zhi)能(neng)響(xiang)應材料(liao)，持(chi)續突(tu)破傳(chuan)統器件的物理極(ji)限(xian)。但同時(shi)具備微(wei)型化、精準操(cao)控、高度集成等多(duo)物理場(chang)協同設(she)計調控，則需(xu)通過精密(mi)制造技(ji)術(shu)實現創新叠(die)代(dai)。

傳(chuan)統加(jia)工(gong)工(gong)藝難(nan)以(yi)兼顧精密(mi)性、功(gong)能(neng)集成性與生(sheng)物相容(rong)性，微(wei)納3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)兼具高(gao)精度(du)、高穩(wen)定(ding)性、材(cai)料(liao)兼容(rong)、快(kuai)速成型等優勢，正成為破解這壹(yi)困局(ju)的(de)核心(xin)引擎。

本(ben)文(wen)通過三(san)大(da)標(biao)誌(zhi)性科研(yan)應用案(an)例，揭(jie)示(shi)微(wei)納制(zhi)造(zao)如(ru)何推(tui)動(dong)仿生(sheng)微(wei)型機(ji)器人從實驗(yan)室(shi)構想邁向(xiang)工(gong)程化應用落(luo)地(di)。

01 運(yun)動(dong)範(fan)式革新：對數螺(luo)旋線軟體機器人登刊《Device》

中(zhong)國(guo)科學(xue)技(ji)術(shu)大學Nikolaos Freris教(jiao)授(shou)團(tuan)隊(dui)創新性提出基(ji)於對數螺(luo)旋線結(jie)構(gou)的新型螺(luo)旋軟體機器人。研究團(tuan)隊(dui)采(cai)用(yong)多(duo)尺(chi)度(du)制(zhi)造(zao)工(gong)藝，成功(gong)制備了涵(han)蓋(gai)不同尺(chi)寸、多(duo)種(zhong)材料(liao)特性(xing)的系(xi)列(lie)原(yuan)型(xing)機(ji)器人。研究通過仿生(sheng)驅(qu)動(dong)設(she)計，僅用(yong)簡單(dan)的(de)繩索(suo)驅(qu)動(dong)復(fu)現(xian)了(le)其(qi)可比(bi)擬生(sheng)物肢體的運動(dong)特(te)征；又(you)通(tong)過變化構型及(ji)陣列(lie)協作(zuo)，展(zhan)示(shi)了其(qi)在多(duo)維(wei)度(du)和(he)多(duo)場(chang)景(jing)中(zhong)執(zhi)行復(fu)雜抓(zhua)取和(he)操(cao)作(zuo)任(ren)務的(de)優異(yi)性(xing)能(neng)。

在(zai)研(yan)究中(zhong)，作(zuo)者展示(shi)了壹(yi)種(zhong)微(wei)型螺(luo)旋機器人，其總長(chang)度(du)只(zhi)有1 cm，最(zui)小節(jie)邊(bian)長(chang)0.14 mm。該(gai)機(ji)器人采(cai)用(yong)摩方精密(mi)nanoArch® S130 （精度(du)：2 μm）3D打印(yin)系(xi)統和(he)摩方韌(ren)性光(guang)敏(min)樹(shu)脂(zhi)（ST1400）打(da)印(yin)成型。該(gai)機(ji)器人通過兩(liang)根直(zhi)徑(jing)20 μm的驅(qu)動(dong)細(xi)絲(si)實現(xian)精準控制，可對螞蟻(yi)等活(huo)體微(wei)小生(sheng)物進行無損抓(zhua)取。

02 生(sheng)物混合(he)系統新高度：仿生(sheng)機(ji)械臂(bi)登頂(ding)《Science Robotics》

今(jin)年3月，東(dong)京(jing)大學(xue)研究團(tuan)隊(dui)成功(gong)研發出由培養(yang)肌肉(rou)組(zu)織全驅(qu)動(dong)、具備多(duo)關節(jie)靈活(huo)運(yun)動(dong)的(de)仿生(sheng)機(ji)械手(shou)，並(bing)被(bei)日(ri)本(ben)ANN NEWS報道(dao)。這項突(tu)破性(xing)成果不(bu)僅攻(gong)克(ke)了傳(chuan)統生(sheng)物混合(he)機器人尺寸與力(li)量受(shou)限(xian)的難(nan)題(ti)，更通(tong)過創新性整(zheng)合(he)摩方微(wei)納3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)，為人工(gong)肌肉(rou)驅(qu)動(dong)系(xi)統開辟(pi)了全新路徑，標(biao)誌(zhi)著人類在(zai)生(sheng)物機電(dian)壹體化領域邁出(chu)關鍵(jian)壹步(bu)。

研究團(tuan)隊(dui)受(shou)"壽司卷"結(jie)構(gou)啟(qi)發(fa)，成功(gong)開發出18 cm長(chang)的(de)生(sheng)物混合(he)機械手(shou)裝(zhuang)置(zhi)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)采(cai)用(yong)創新性仿生(sheng)設(she)計：首先將8條直徑(jing)為50 μm、長(chang)度(du)為10 cm的薄層(ceng)肌(ji)肉(rou)組(zu)織平行排列，通過卷(juan)曲工(gong)藝形成圓(yuan)柱(zhu)形基(ji)體結(jie)構(gou)；在此基(ji)礎(chu)結(jie)構(gou)上整(zheng)合(he)五根具備多(duo)關節(jie)活動(dong)能(neng)力(li)的仿生(sheng)手(shou)指(zhi)，每(mei)根手(shou)指(zhi)均配(pei)置(zhi)壹個(ge)獨(du)立控制的MuMuTA，實現(xian)精準的(de)抓(zhua)取動(dong)作(zuo)。其(qi)中(zhong)，團(tuan)隊(dui)利(li)用摩方nanoArch® S140（精度(du)：10 μm）3D打印(yin)系(xi)統制備了多(duo)關節(jie)中(zhong)空(kong)手(shou)指(zhi)骨(gu)架和(he)細(xi)胞(bao)培養(yang)錨定(ding)結(jie)構(gou)。

03 仿生(sheng)超(chao)寬(kuan)視覺創新：針(zhen)孔(kong)復(fu)眼(yan)亮(liang)相(xiang)《Science Robotics》封(feng)面

香(xiang)港(gang)科技(ji)大學(xue)範(fan)智勇(yong)教(jiao)授(shou)團(tuan)隊(dui)創新開發了半球(qiu)形針(zhen)孔(kong)復(fu)眼(yan)（PHCE）系(xi)統，集成了3D打印的蜂(feng)窩(wo)狀(zhuang)光學(xue)結(jie)構(gou)和(he)半(ban)球(qiu)形的全固態(tai)高(gao)密(mi)度鈣鈦礦納(na)米線(xian)（PNA）光(guang)電(dian)探測(ce)器陣列，並以(yi)超(chao)大(da)視場角與優異(yi)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應能(neng)力(li)，登頂(ding)《Science Robotics》封(feng)面，成為機器視覺領域的裏程碑。

研(yan)究團(tuan)隊(dui)采(cai)用(yong)摩方nanoArch® P140（精度(du)：10 μm），以光(guang)敏(min)樹(shu)脂(zhi)為原(yuan)料(liao)，成功(gong)制備出具有特定(ding)幾(ji)何構型(xing)的(de)針(zhen)孔(kong)陣列，並(bing)實(shi)現與(yu)半(ban)球(qiu)形外殼(ke)凸(tu)面(mian)的共形集成。依(yi)托摩方微(wei)納3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)的高制造自(zi)由度(du)與(yu)架構(gou)精簡特(te)性(xing)，針(zhen)孔(kong)陣列的(de)光(guang)學參(can)數可實現精確(que)優化與自(zi)適應配置(zhi)，確保(bao)與(yu)底層(ceng)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器的光譜響(xiang)應及(ji)空間(jian)采(cai)樣(yang)需(xu)求(qiu)高效(xiao)適配，為多(duo)機(ji)器人協作(zuo)和(he)機(ji)器人群(qun)技(ji)術(shu)開發奠(dian)定(ding)堅(jian)實基(ji)礎(chu)。

04 挑(tiao)戰(zhan)與未(wei)來(lai)：壹體化制造技(ji)術(shu)鏈的構建

三(san)個(ge)代(dai)表(biao)性(xing)科研(yan)成果驗(yan)證(zheng)了微(wei)納增(zeng)材制(zhi)造(zao)的(de)技(ji)術(shu)賦能(neng)潛(qian)力(li)。如今(jin)，全球(qiu)頂(ding)尖研究學校(xiao)與機(ji)構正(zheng)依(yi)托摩方面投影(ying)微(wei)立體光刻（PμSL）技(ji)術(shu)、復(fu)合(he)精度(du)光固化技(ji)術(shu)、創新高性能(neng)材(cai)料(liao)等工(gong)藝，將仿生(sheng)結(jie)構(gou)制造精度(du)推(tui)進至(zhi)微(wei)米級(ji)，實(shi)現跨(kua)尺度精密(mi)加(jia)工(gong)的革命性突(tu)破。

未(wei)來(lai)，摩方將通過持(chi)續叠(die)代(dai)突(tu)破微(wei)納3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)，全力(li)推(tui)動(dong)生(sheng)物-機械系(xi)統的高(gao)效(xiao)融合(he)，賦能(neng)仿生(sheng)微(wei)型機(ji)器人在神經(jing)介(jie)入、深空探測(ce)、集群(qun)作(zuo)戰(zhan)等戰略(lve)領域(yu)開啟(qi)精密(mi)化、智能(neng)化、集群(qun)化的全新紀元。