2020年8月10日，南極熊從外媒獲悉，來自瑞典林雪平大學(xué)的一個(gè)研究小組，利用定制的基于擠出的3D打印機(jī)開發(fā)了一套用于微型機(jī)器人的微型執(zhí)行器。這些致動(dòng)器包含一種電活性聚合物，在電荷存在的情況下會(huì)改變形狀--在3D打印后，賦予了它們4D能力。

雖然4D打印的軟機(jī)器人通常僅限于厘級(jí)或毫級(jí)，但特別開發(fā)的技術(shù)允許研究人員將他們的執(zhí)行機(jī)制縮小到微米領(lǐng)域，厚度在20微米左右。他們聲稱他們的定制機(jī)器具有多功能性和可擴(kuò)展性，并期望通過以前未曾見過的復(fù)雜的微型機(jī)器人來 "拓寬軟機(jī)器人技術(shù)的范圍"。

最小的4D打印微型機(jī)器人，照片來自林雪平大學(xué)

電活性聚合物技術(shù)

電活性聚合物（EAP）技術(shù)是許多軟性機(jī)器人設(shè)備背后的驅(qū)動(dòng)力。它描述的是當(dāng)受到電荷的作用時(shí)，能夠激活或啟動(dòng)的材料。在軟性機(jī)器人中，這與肌肉收縮相當(dāng)（并且通?？雌饋硐窦∪馐湛s）。

根據(jù)研究人員的說法，試圖縮小EAP致動(dòng)器的規(guī)模往往會(huì)遇到挑戰(zhàn)。光刻技術(shù)等微細(xì)加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更低的致動(dòng)電位和更高的功率重量比，但往往涉及復(fù)雜的加工。這使得它們難以與當(dāng)前的市場(chǎng)和技術(shù)相結(jié)合。

這時(shí)，快速成型制造提供了大量的好處，能源成本可以大幅削減，廢物生產(chǎn)可以減少十倍。最終，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這可能會(huì)使EAP設(shè)備的成本更低，并在更廣泛的應(yīng)用中具有可行性。

4D打印微執(zhí)行器

研究的第一階段是打印機(jī)的制造。該機(jī)器的基礎(chǔ)是一個(gè)三軸可編程數(shù)控平臺(tái)，配備了一個(gè)高精度的液體分配系統(tǒng)。與點(diǎn)膠系統(tǒng)相連接的是一個(gè)5mL鎖定注射器，從而通過平臺(tái)的橫向運(yùn)動(dòng)來控制擠出速度，該團(tuán)隊(duì)使用市售的玻璃玻片作為構(gòu)建板。

他們首先在玻璃片上放置了一層薄薄的金，只有40納米厚，以形成導(dǎo)電層。然后，研究人員用注射器將一層單層的紫外線固化聚氨酯丙烯酸酯凝膠分散到導(dǎo)電層上。該凝膠將繼續(xù)形成微執(zhí)行器的 "身體和手臂"。一旦凝膠在紫外光下完全固化，該團(tuán)隊(duì)就會(huì)在金片的另一面沉積一層聚吡咯（EAP）。

定制的3D打印機(jī)，圖片來自林雪平大學(xué)

該團(tuán)隊(duì)設(shè)法多次重復(fù)這一過程，打印出長(zhǎng)度從5000微米一直到1000微米的微致動(dòng)器。他們開發(fā)的最薄的微致動(dòng)器只有20微米厚。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以用小到1V的電勢(shì)來驅(qū)動(dòng)設(shè)備，而其他3D打印方法的電勢(shì)一般為1kV以上。科學(xué)家們認(rèn)為，他們的工作為通過3D打印技術(shù)開發(fā)的低成本微型機(jī)器人的小型化展示了巨大的潛力。

更多的研究細(xì)節(jié)可以在題為 ‘3D Printing Microactuators for Soft Microrobots’ 的論文中找到。該論文由Manav Tyagi、Geoffrey M. Spinks和Edwin W.H. Jager共同撰寫。