供稿人:楊春成 李滌塵 發(fā)布日期：2017-04-13
著名物理學家霍金曾經(jīng)警告人類，機器人將在100年內控制人類，而其中一個重要的節(jié)點就是機器人開始學會“自我繁殖”。很多科幻大片中，也演繹過機器人采用一種集成的制造系統(tǒng)開始大量復制自身，并與人類發(fā)生驚天動地的大戰(zhàn)。那么，我們離“機器人的自我繁殖”到底還有多遠？也許，真的不遠了！
2016年9月30日，美國德州大學埃爾帕索分校的Eric MacDonald和Ryan Wicker在Science上發(fā)表了一篇題為“Multiprocess 3D printing for increasing component functionality”的綜述。文章提出雖然目前3D打印在制造金屬、陶瓷、聚合物等方面取得了一定的進展，已經(jīng)具有許多較為成熟的應用案例，但是傳統(tǒng)的3D打印僅僅局限于以單一材料為原料的制造，制造出來的大多零件僅僅只能作為結構零件，而缺少了功能性。因此，下一代的3D打印系統(tǒng)應該既能夠集成多種3D打印工藝，又要包括傳統(tǒng)的制作方法（例如機械加工、切削、滴涂、機器人操作等），從而形成一個整合不同工藝特性的、統(tǒng)一的、無需額外人為操作的制造環(huán)境，來進行器件的制造，可以使產(chǎn)品同時結合電子、電磁、光學、流體、制動、化學以及熱學等特性?？梢姡@種制造技術，很有可能成為“機器人的自我繁殖”的關鍵手段！
圖1 多工藝進程3D打印系統(tǒng)
一個機器人需要許多不同功能的部件，包括傳感器、驅動器、能量裝置、通訊天線等等，那讓我們看看過去十年間各國研究人員利用多工藝進程3D打印系統(tǒng)所制造的功能器件，是否能夠滿足一個機器人的制造需求：
傳感器——對于利用3D打印技術制造傳感器主要著眼于以下兩個方面：在打印的過程中直接將傳感器植入結構中，或是將傳感器和整個3D打印的結構融為一體。
圖2 3D打印的觸覺傳感器：（A）可拉伸式觸覺傳感器；（B）電容式觸覺傳感器
驅動器——從簡單的回縮裝置到全功能的轉動馬達，多種的機械驅動器已經(jīng)在研究中得以實現(xiàn)。例如，研究者已經(jīng)制作出了生物激勵的振翼昆蟲、依靠外部運動的假手等。
復雜結構熱交換器——金屬3D打印系統(tǒng)已經(jīng)被用來制造具有大比表面積結構的高熱導率器件，并已經(jīng)應用于流體熱交換裝置、3D打印注塑模具甚至熱核反應器中。
儲能器件——近年來的研究已經(jīng)利用3D打印技術制作出了鋰離子電池。
圖3 3D打印鋰電池
天線和電磁器件——一些研究團隊已經(jīng)將諸如金屬線、金屬網(wǎng)、金屬箔等物質嵌入3D打印的結構中去控制介電性和導電性空間分布。利用3D打印技術制作的天線具有恰當?shù)臒o線電頻率、低的損耗因數(shù)，并且可以應用于具有拱形的結構中。
圖4 3D打印的天線結構：（A）圓柱型的貼片天線；（B）阿基米德天線；（C）多貼片天線
可見，下一代的3D打印技術不僅會結合不同材料，也會將功能性組分嵌入到產(chǎn)品的結構中，得到具有多種功能的產(chǎn)品。現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)表明，多工藝進程3D打印系統(tǒng)為未來制造多功能的、個人化定制的電子器件產(chǎn)品，甚至讓機器人進行自我繁殖提供了無限可能！