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美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種新型3D打印工藝，成功制造出名為microDeltas的微型德爾塔機(jī)器人。這些機(jī)器人有望在微操作、微組裝、微創(chuàng)手術(shù)以及可穿戴觸覺設(shè)備等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《科學(xué)·機(jī)器人》雜志。
德爾塔機(jī)器人，又稱平行機(jī)器人或平行四邊形機(jī)器人，是一種高速輕載的并聯(lián)機(jī)器人。它由三條平行支撐桿構(gòu)成機(jī)械臂，采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于食品包裝、藥品分揀、電子裝配和新能源車壓鑄加工等領(lǐng)域。
早在20世紀(jì)80年代微機(jī)電系統(tǒng)問世時，工程師們就曾設(shè)想將其用于制造微型機(jī)器人。物理縮放定律也預(yù)示，小型化機(jī)器人有望在速度與精度等方面實(shí)現(xiàn)突破。然而，受限于當(dāng)時的微型3D制造技術(shù)，將機(jī)器人縮小到微觀尺寸并非易事。
此次，團(tuán)隊開發(fā)出一種基于雙光子聚合的3D打印工藝。這是一種先進(jìn)的納米制造技術(shù)，通過聚焦激光精準(zhǔn)固化感光材料，再沉積一層薄金屬，即可制造出具備電氣功能的復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)與致動器，無需手工折疊或組裝。
利用該技術(shù)，團(tuán)隊制造出高度僅為1.4毫米和0.7毫米的微型德爾塔機(jī)器人。與同類機(jī)器人比較，它們是迄今體型最小、速度最快的。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，縮小尺寸不僅將機(jī)器人的精度提升至亞微米級，還使其工作頻率超過1千赫茲，甚至能發(fā)射相當(dāng)于自身質(zhì)量7.4%的鹽粒。
團(tuán)隊表示，借助3D設(shè)計與打印技術(shù)，他們僅用很短時間就完成了八次機(jī)器人設(shè)計迭代，而傳統(tǒng)方法可能需要數(shù)周甚至數(shù)月。未來，通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)、構(gòu)建大規(guī)模陣列或引入傳感反饋，還能進(jìn)一步提升機(jī)器人的帶寬、精度與工作范圍。
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