基于3D打印的磁性软体机器人

来源：悟空打印坊

MIT科学家团队设计了一种基于3D打印的磁性软体机器人，通过一个游戏手柄，就能控制该机器人“跳”“滚”“爬”，各种功能可以通过编程来实现。

背景简介
能够对光、热、电进行响应并在三维上进行形状改变的软体材料在软体机器人、柔性电子器件以及生物医药等领域有广泛的应用。特别是磁场能够为需要在远程封闭空间控制的生物医药领域提供一种安全有效的操控方式。

创新点

图1：3D打印喷头设计

该团队使用了一种特殊的打印墨水，由可磁化的铁钕硼合金微粒和气相二氧化硅纳米粒子组成。在硅树脂中的气相二氧化硅是一种流变改性剂诱导产生墨水书写所需的力学性能，这保证了墨水能顺利通过喷嘴和层层堆叠。同时在打印喷头处施加磁场，这样我们就可以利用磁场调整粒子的方向（粒子沿着磁场方向排布），从而实现图案化。

图2：模型建立

该团队建立了一个模型来预测经过编程的铁磁畴在磁场下的3D打印的结构变化。通过他们的模型指导，他们设计了一种机械超材料，它能在应用范围内，在0.5s内快速收缩，当磁场移开后，他们又能回复原状。这样利用磁场驱动，就避免了直接接触的需要。

图3：功能示意图

经评估，这种3D打印的磁性软体材料在0.1s-0.5s内应变水平为0.15-0.25，提供的功率密度范围为22.3kwm-3-309.3kwm-3,远远超过了现有的3D打印的形状可改变的材料。

未来展望
他们的新型3D打印方法，作为一个制造平台，可以推广到多种复合油墨使用不同类型的弹性体和水凝胶基质和磁性颗粒。在未来，他们在形状可编程软材料的设计和制造中引入了新的设计参数-磁畴图、磁化强度和驱动场。

而且这种基于磁场的无束缚、复杂和快速的形状移动软材料的遥控驱动，为在柔性电子、生物医学设备等领域的应用提供了新的可能性。