探索科技未知：摩方微納3D打印技術(shù)賦能軟體機器人

來源：摩方精密

伴隨第四次工業(yè)革命的浪潮，當前智能制造正在席卷全球，加之工業(yè)自動化技術(shù)的迭代發(fā)展，推動了生物醫(yī)療、航空航天、環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)對機器人應(yīng)用需求的增加，軟體機器人應(yīng)運而生。

軟體機器人就是模仿自然界中的軟體動物柔軟結(jié)構(gòu)和運動方式，基于柔性材料制造出的一種新型機器人。它具備無限自由度和連續(xù)變形能力等特性，對于傳統(tǒng)機器人無法到達或正常工作的特殊環(huán)境有著極強的適應(yīng)能力，柔軟的構(gòu)型材料使機器人具備更強的人機交互能力，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。

PμSL技術(shù)與軟體機器人
在生物醫(yī)療領(lǐng)域，軟體機器人可以作為手術(shù)機器人，為手術(shù)提供更加精準的控制和操作；在航空航天領(lǐng)域，軟體機器人可以用于維修和保養(yǎng)太空艙等設(shè)施；在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，軟體機器人可以用于勘探地質(zhì)和救援行動。當然，在內(nèi)窺鏡、智能傳感器和仿生結(jié)構(gòu)領(lǐng)域也具有前瞻性和創(chuàng)新性的應(yīng)用場景。

據(jù)Market Data Forecast研究表示，2022年全球軟機器人市場規(guī)模為4.0143億美元，預計2028年估值將達到56.5797億美元，預計2023-2028年的年復合增長率為39%。

圖片來源于Market Data Forecast

其中Markets and Markets報告指出，3D打印機器人市場在2023年的價值為16億美元，預計到2028年將達到32億美元，預測期內(nèi)的年復合增長率為14.6%。發(fā)展至今，軟體機器人已經(jīng)逐漸進步到更精密的行業(yè)應(yīng)用。

目前，摩方精密在軟體機器人應(yīng)用已有著豐富的科研經(jīng)驗，在研究生物體和軟體機器人結(jié)構(gòu)與特性之間的相關(guān)性中，設(shè)計制備出具有該特性的結(jié)構(gòu)和材料，通過獨有的面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，可完成復雜三維微結(jié)構(gòu)的快速成型制作，摩方精密制備出的軟體機器人相關(guān)精細零件被應(yīng)用于內(nèi)窺鏡、手術(shù)機器人、仿生結(jié)構(gòu)、智能傳感器等眾多領(lǐng)域。

圖片來源于Markets and Markets

PμSL技術(shù)助力科研案例
在軟體機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，摩方精密已經(jīng)與眾多科研機構(gòu)建立了緊密的合作關(guān)系，共同完成了許多具有突破性的科研成果。

混合驅(qū)動手術(shù)機器人
香港城市大學生物醫(yī)學工程系申亞京教授帶領(lǐng)的研究團隊開發(fā)了一款毫米級的軟連續(xù)體機器人，其在線控和磁場的混合驅(qū)動模式下同時擁有大轉(zhuǎn)角和高精度操作能力，解決了在狹長受限環(huán)境下操作的問題。

為了實現(xiàn)毫米級外形尺寸的混合驅(qū)動，該團隊基于摩方精密超高精度光固化3D打印機nanoArch®P140打印出超薄的鏤空型機器人骨架（長度30mm，外徑3.0mm，壁厚300μm），并在薄壁上形成150μm的貫穿孔用于腱索的布置。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aisy.202000189

分級互鎖結(jié)構(gòu)型柔性壓力傳感器
南方科技大學的郭傳飛教授團隊設(shè)計了由微穹頂陣列與帶有次級微柱的微穹頂陣列而形成的一種分級互鎖結(jié)構(gòu)，降低了結(jié)構(gòu)硬化給傳感器帶來影響的問題。

該研究團隊使用摩方精密nanoArch®S130，打印具有微穹頂結(jié)構(gòu)以及分級微穹頂結(jié)構(gòu)的樹脂作為模具。PμSL技術(shù)可實現(xiàn)分級互鎖結(jié)構(gòu)的高精度、定制化打印，進一步可助力于高靈敏和寬線性傳感的柔性壓力傳感器的制備。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10535

柔性雙模態(tài)智能傳感器
北京航空航天大學文力課題組提出的基于雙模態(tài)智能傳感界面的軟體機器人非接觸交互示教方法。在該研究中，基于研究團隊所研發(fā)多模態(tài)柔性傳感界面，可在不接觸軟體機器人、無任何穿戴設(shè)備的情況下利用裸手交互地示教軟體機器人，使其實現(xiàn)復雜三維運動。

課題組基于摩擦納米發(fā)電機原理和液態(tài)金屬的壓阻效應(yīng)提出了一種能夠?qū)Ψ墙佑|信號和接觸信號進行實時感知和解耦的柔性雙模態(tài)智能傳感器。該團隊利用摩方精密nanoArch®S140，實現(xiàn)了柔性介電層表面微型金字塔模具的3D打印，該傳感器自身具有較強的柔性和可拉伸性。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32702-5


仿蠓蟲軟體機器人（多運動步態(tài)）
香港中文大學張立教授課題組聯(lián)合北京計算科學研究中心丁陽教授課題組以及美國卡耐基梅隆大學Carmel Majidi教授課題組提出一種磁性軟體機器人平臺用于重建和解耦復雜生物運動，解決了平臺缺乏解耦復雜生物行為的問題。

該磁性軟體機器人可以通過模板法或者3D打印工藝制造。該工作中使用了摩方精密nanoArch®S130，打印一種節(jié)肢型的水凝膠磁性機器人，借助高精度光固化成型方式可制備高深寬比軟體機器人，復刻蠓幼蟲的多種運動步態(tài)，并結(jié)合編程，進一步實現(xiàn)智能驅(qū)動、控制等。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202109126

機器人的出現(xiàn)為人類打開了無限的想象空間，幫助人類深入極端環(huán)境，探索宇宙和生命的奧秘，完成許多人類無法完成或難以完成的任務(wù)。只有善用機器人的力量，才能推動社會的進步，實現(xiàn)人類文明的跨越式發(fā)展。