在不久的将来,一款新型的3D打印“仿生皮肤”将使机器人用触觉感知到周围的世界。研究人员还表示,这一成果向在人类身体上直接“打印”电子设备的目标又迈进了一步。这项技术中使用的多层“墨水”可以在室温下设置,因此使用其打印出来的电子织物具有几乎“无穷无尽”的应用可能,包括用在外科手术机器人上,或者用于探测爆炸物的可穿戴设备。

明尼苏达大学的工程师们使用自己研发的一台3D打印机制作了这些可伸展的电子感受设备。这台特制的打印机具有4个喷嘴,可以为“仿生皮肤”的不同层次提供不同类型的特制“墨水”。“我们开发的这种可伸展电子织物具有许多实际用途,”机械工程助理教授迈克尔·麦卡尔平(Michael McAlpine)说,“将这种‘仿生皮肤’用在外科手术机器人上,可以使外科医生在微创手术中有真实的感觉,从而使手术更加容易,而不是像现在一样只使用摄像机。对其他机器人来说,这些感受器有利于它们更方便地行走并与周围环境互动。”

这种电子织物具有由硅制成的基底层,顶部和底部的电极由导电性的墨水、一个螺旋形的压力感受器和一个“牺牲层”组成。在打印过程中,牺牲层可以保持顶层的位置不变,一旦打印完成,这一层就会被洗掉。

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在打印过程中,牺牲层可以保持顶层的位置不变,一旦打印完成,这一层就会被洗掉。

传统的3D打印系统往往使用高温、刚性的液态塑料,而此项研究中使用的多层“墨水”可以在室温下设置,这意味着它可以直接打印到人体皮肤上。“虽然我们还没有在人体皮肤上打印,但利用这一技术,我们已经在一只模型手的弯曲表面上成功进行了打印,”麦卡尔平说,“我们还把一个打印好的织物与皮肤接触,惊喜地发现它非常敏感,甚至可以实时探测到脉搏。”

除了潜在的医学应用,研究人员还表示,这种材料代表的将是“终极的可穿戴技术”。利用这种材料,未来我们可以直接透过皮肤来监控健康状况,或在军事场景中探测危险的化学物质或爆炸物。“这是一种3D打印电子设备的全新方法,”麦尔卡平说,“我们有一台多功能的3D打印机,能进行不同层次的打印,制成这些可伸展的感受设备。从健康监测到能量采集,再到化学物质探测,这项技术可以有许多方向的应用。”

研究人员还表示,这项技术的实际应用将会很快到来,因为产品的制造已经被整合到了打印过程中。“大部分研究中,你有了某些发现,然后这些发现需要按比例扩大,”麦尔卡平说,“有时候,一项技术需要许多年时间才能准备好投入应用。这一次,产品制造已经被整合到了打印过程中,这项技术已经为实际应用做好了准备。未来的可能性是无穷的。”