​摩方微納3D打印重構(gòu)仿生機器人極限制造

來源：摩方高精密

在生物工程與機器人技術的交匯點上，人類對生命本質(zhì)的模仿正在改寫未來科技的邊界。新型仿生微型機器人基于跨尺度異質(zhì)結(jié)構(gòu)設計與智能響應材料，持續(xù)突破傳統(tǒng)器件的物理極限。但同時具備微型化、精準操控、高度集成等多物理場協(xié)同設計調(diào)控，則需通過精密制造技術實現(xiàn)創(chuàng)新迭代。

傳統(tǒng)加工工藝難以兼顧精密性、功能集成性與生物相容性，微納3D打印技術兼具高精度、高穩(wěn)定性、材料兼容、快速成型等優(yōu)勢，正成為破解這一困局的核心引擎。

本文通過三大標志性科研應用案例，揭示微納制造如何推動仿生微型機器人從實驗室構(gòu)想邁向工程化應用落地。

對數(shù)螺旋線軟體機器人登刊《Device》
中國科學技術大學Nikolaos Freris教授團隊創(chuàng)新性首次提出基于對數(shù)螺旋線結(jié)構(gòu)的新型螺旋軟體機器人。研究團隊采用多尺度制造工藝，成功制備了涵蓋不同尺寸、多種材料特性的系列原型機器人。研究通過仿生驅(qū)動設計，僅用簡單的繩索驅(qū)動復現(xiàn)了其可比擬生物肢體的運動特征；又通過變化構(gòu)型及陣列協(xié)作，展示了其在多維度和多場景中執(zhí)行復雜抓取和操作任務的優(yōu)越性能。

在研究中，作者首次展示了一種微型螺旋機器人，其總長度只有1 cm，最小節(jié)邊長0.14 mm。該機器人采用摩方精密nanoArch® S130 （精度：2 μm）3D打印系統(tǒng)和摩方韌性光敏樹脂（ST1400）打印成型。該機器人通過兩根直徑20 μm的驅(qū)動細絲實現(xiàn)精準控制，可對螞蟻等活體微小生物進行無損抓取。

DOI：10.1016/j.device.2024.100646

仿生機械臂登頂《Science Robotics》
今年3月，東京大學研究團隊成功研發(fā)出全球首款由培養(yǎng)肌肉組織全驅(qū)動、具備多關節(jié)靈活運動的仿生機械手，并被日本ANN NEWS報道。這項突破性成果不僅攻克了傳統(tǒng)生物混合機器人尺寸與力量受限的難題，更通過創(chuàng)新性整合摩方微納3D打印技術，為人工肌肉驅(qū)動系統(tǒng)開辟了全新路徑，標志著人類在生物機電一體化領域邁出關鍵一步。

研究團隊受"壽司卷"結(jié)構(gòu)啟發(fā)，成功開發(fā)出18 cm長的生物混合機械手裝置。該裝置采用創(chuàng)新性仿生設計：首先將8條直徑為50 μm、長度為10 cm的薄層肌肉組織平行排列，通過卷曲工藝形成圓柱形基體結(jié)構(gòu)；在此基礎結(jié)構(gòu)上整合五根具備多關節(jié)活動能力的仿生手指，每根手指均配置一個獨立控制的MuMuTA，實現(xiàn)精準的抓取動作。其中，團隊利用摩方nanoArch® S140（精度：10 μm）3D打印系統(tǒng)制備了多關節(jié)中空手指骨架和細胞培養(yǎng)錨定結(jié)構(gòu)。

DOI：10.1126/scirobotics.adr5512

針孔復眼亮相《Science Robotics》封面
香港科技大學范智勇教授團隊創(chuàng)新開發(fā)了半球形針孔復眼（PHCE）系統(tǒng)，集成了3D打印的蜂窩狀光學結(jié)構(gòu)和半球形的全固態(tài)高密度鈣鈦礦納米線（PNA）光電探測器陣列，并以超大視場角與優(yōu)異的動態(tài)響應能力，登頂《Science Robotics》封面，成為機器視覺領域的里程碑。

研究團隊采用摩方nanoArch® P140（精度：10 μm），以光敏樹脂為原料，成功制備出具有特定幾何構(gòu)型的針孔陣列，并實現(xiàn)與半球形外殼凸面的共形集成。依托摩方微納3D打印技術的高制造自由度與架構(gòu)精簡特性，針孔陣列的光學參數(shù)可實現(xiàn)精確優(yōu)化與自適應配置，確保與底層圖像傳感器的光譜響應及空間采樣需求高效適配，為多機器人協(xié)作和機器人群技術開發(fā)奠定堅實基礎。

DOI：10.1126/scirobotics.adi8666

挑戰(zhàn)與未來
三個代表性科研成果驗證了微納增材制造的技術賦能潛力。如今，全球頂尖研究學校與機構(gòu)正依托摩方面投影微立體光刻（PμSL）技術、復合精度光固化技術、創(chuàng)新高性能材料等尖端工藝，將仿生結(jié)構(gòu)制造精度推進至微米級，實現(xiàn)跨尺度精密加工的革命性突破。

未來，摩方將通過持續(xù)迭代突破微納3D打印技術，全力推動生物-機械系統(tǒng)的高效融合，賦能仿生微型機器人在神經(jīng)介入、深空探測、集群作戰(zhàn)等高端戰(zhàn)略領域開啟精密化、智能化、集群化的全新紀元。