麻省理工学院（MIT）计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）成功3D打印出史上第一台一体成型的液压动力机器人。

完全由机器人为我们倒茶送水，拖地捶背的时代之所以迟迟没有来到，主要原因很简单——造个机器人太费劲了。手动组装机器人费时费力，而寻求自动化的话，目前又没有任何现成的机器人可以完成这么一系列复杂的工作。

于是脑洞打开的科学家们试图寻找新的思路：既然人手和机械手都搞不定，3D打印机能行么？在最近的报道中，来自麻省理工学院CSAIL的科学家们完成了一项创举：首次实现了液体和固体的溷合3D打印。在一台商用3D打印机上作些许改进，就能打印出一台液压动力机器人，并且一体成型，无需装配。

“我们尝试做出‘可打印液压系统’（printable hydraulics），这项技术有望用于快速生产功能性机器人。只要你最后加上电池和一个电动机，机器人就会自己从3D打印机里走出来。”CSAIL主管丹妮拉·露丝（Daniela Rus）说道。露丝参与了这项技术研发的全过程，并且是发表这项成果的论文的作者之一。

为了演示这项技术，研究组3D打印出了一台小巧的六足机器人，这台机器人可以在十二个嵌入式液压泵的驱动下爬行。此外他们还打印出了一些现有平台上就能使用的机器人部件，例如一个可用于Baxter机器人的软质橡胶手。

这篇发表在IEEE国际机器人和自动化大会（ICRA）的文章的主要作者还有来自MIT的博士后罗伯特﹒麦卡蒂（Robert MacCrudy）、博士生罗伯特﹒卡兹曼（RobertKatzschmann）以及来自哈弗大学的本科生Youbin Kim。

打印液体的大挑战

在所有3D打印工艺中，液体是最难处理的。液体打印最常见的情况就是边界不清，通常需要后续的清理步骤，去手动熔掉或是刮掉多余的材料。正因为有了这个步骤，液体3D打印很难适用于大规模的工业生产。

“可打印液压系统”技术使用的是喷墨打印，喷头喷出的材料颗粒的直径大约在20到30微米之间（不到人类头发直径的一半）。在打印过程中，打印机从下至上一层一层地在对应的位置喷涂不同的材料，然后再用高强度紫外灯完成固化（液体部分当然除外）。在打印机打出每层材料中,进行了“光聚合”的部分就是固体，“无处理”的即为液体。

“喷墨打印可以让我们同时使用八个不同的喷墨头，这些相邻的喷头可用于打印不同的材料。”麦卡蒂说道，“这样我们可以非常精确地控制每种材料的位置，最终打印出非常复杂的预充填液体的管道。”

液体3D打印的另一大挑战是液体颗粒有时候会和已固化颗粒相互作用而导致界面不清，为了解决这个问题，研究组数十次尝试了从不同角度打印各种几何形状，以确定液体固体溷合3D打印的最佳“材料像素点”密度。

整个过程非常艰辛，液体固体溷合打印的难度要比其他的类似热溶解积层法（fused-depositionmodeling）和激光结烧法（laser-sintering）高很多。“据我所知，目前进行多材料打印的最佳方法还是喷墨法。”麦卡蒂说道。

最终结果

作为成果演示，研究组3D打印出了一个不到6英寸长（约15厘米），重1.5磅（约0.7公斤）的六足机器人。用一台直流电动机驱动液压泵，机器人就可以开始爬行。除了电池和电动机，所有部件都是一次性打印完成，无需后期组装。

机器人的几个关键部件藏于固体“皮肤”之下，是由3D打印机直接“印”在体内的。这些核心部件在驱动机器人时可以将液压转换为机械动力。（研究组同时也演示了可作为这些部件的替代品的齿轮泵，它也可以用3D打印机打出，持续改变液压。）

最后，研究组打印了一只硅胶机械手，机械手的手指也是液压驱动的。这只“软爪子”（softgripper）是专门为了CSAIL前主管罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）设计的Baxter机器人而设计的。Baxter机器人是布鲁克斯所创立的 Rethink Robotics公司旗下的产品之一。

“CSAIL团队将多材料打印提昇到了一个全新的高度。这个成果绝不是简单的将不同种类的高分子材料或者金属打印到一起，而是真真正正地完成了一套可以立刻投入工作的液压系统。他们向着未来的3D打印世界坚实地迈出了一大步——从打印简单部件到完成一体成型的系统。”来自哥伦比亚大学的工程系的霍德·利普森（Hod Lipson）教授说道。利普森是着名论文“3D打印新世界”（The New World of 3D Printing）的作者之一。

配合任何一台多材料3D喷墨打印机，“可打印液压系统”技术可以实现个性化定制不同尺寸，不同形状和不同功能的机器人。

“如果你希望你的爬行机器人爬过一些比较大的障碍物，只需要几分钟就能设计好如何改造。”麦卡蒂说道，“在未来这套系统将几乎不需要任何人工输入，只要按几个键，所有改造都将自动完成。”

麦卡蒂已经看到了可打印机器人的广阔应用前景，这里面包括在救灾时遇到的危险环境。比如说，在大多数核事故现场，当辐射强度过高时，不仅对人体来说是致命，传统的电子设备都会因此损毁。“可打印机器人就可以用来应对这种情况，它们生产快速，价格低廉，和传统机器人相比只带有非常少的电子设备。”麦卡蒂说道。

未来展望

研究团度对于未来满腔热忱。22小时的打印时间相对于六足机器人的复杂程度而言已经算比较短了，但是科学家们认为将来的技术更新会进一步缩短打印时间。

“加快打印速度总体来说不在于我们，而在于打印机本身的工艺和精度提昇。整个过程完全由打印机完成，所以打印机性能提昇了，我们的生产能力也就加强了。”露丝说道。她同时还是MIT大学电子工程和计算机科学的“维特比”教授。

露丝研究组的这次成果并非是一蹴而就，去年秋天他们就制作了一只类似的机械手。在2014年他们打印出了一条机械臂，能够爬入管子并抓住目标物体。但是以上两项成果依旧需要某些非3D打印部件，而“可打印液压系统”则几乎是“纯”打印的。

“制作机器人再也不像过去那样费时费力了。”露丝说道，“我们发现了一条自动化之路，可以生产结构复杂的功能性液压驱动机器人。它们一经完成就能立刻投入使用。”

研究组的部分研究经费来自国家科学基金。

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据国务院国资委网站6月18日消息称，16日，中船重工七一六所与宁波慈星股份有限公司携手，历时两年时间，先后攻克了机器人缝纫控制技术、视觉识别技术以及系统集成技术，成功研制出应用于汽车内饰自动缝纫的3D缝纫机器人，成功打破了国外企业垄断，成为国内目前唯一掌握相关技术的企业。

3D缝纫机器人在工作

汽车制造是一个高度自动化的行业，然而在汽车内饰的生产制造上，依然存在大量的人力劳动。以汽车中控台蒙皮的缝纫为例，缝制过程需要经验丰富的工人将皮革细心地送入缝纫机，由于皮革造型为空间曲面，缝纫难度远大于平面缝纫，生产效率和缝合效果严重依赖工人的熟练程度。

3D缝纫机器人能够自动识别缝纫位置并进行空间自动化缝纫。相比人工缝纫，该机器人不依赖工人经验，所生产的产品在线迹一致性、3D成型一致性等方面均有大幅提高，能够显着提昇产品质量，同时利用自主技术和本地化服务优势，比国外同类产品具有显着的性价比优势，在汽车内饰生产及航空航天复材缝纫等领域具有广阔应用前景。