摩方微納3D打印重構仿生機器人極限制造
在生物工程與機器人技術的交匯點上，人類對生命本質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結構設計與智能響應材料，持續突破傳統器件的物理極限。但同時具備微型化、精準操控、高度集成等多物理場協同設計調控，則需通過精密制造技術實現創新迭代。傳統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、高穩定性、材料兼容、快速成型等優勢，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想邁向工程化應用落地。
對數螺旋線軟體機器人登刊《Device》
中國科學技術大學Nikolaos Freris教授團隊創新性首次提出基于對數螺旋線結構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。研究通過仿生驅動設計，僅用簡單的繩索驅動復現了其可比擬生物肢體的運動特征；又通過變化構型及陣列協作，展示了其在多維度和多場景中執行復雜抓取和操作任務的優越性能。
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的驅動細絲實現精準控制，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出全球首款由培養肌肉組織全驅動、具備多關節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生物混合機器人尺寸與力量受限的難題，更通過創新性整合摩方微納3D打印技術，為人工肌肉驅動系統開辟了全新路徑，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"結構啟發，成功開發出18 cm長的生物混合機械手裝置。該裝置采用創新性仿生設計：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構；在此基礎結構上整合五根具備多關節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打印系統制備了多關節中空手指骨架和細胞培養錨定結構。
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新開發了半球形針孔復眼（PHCE）系統，集成了3D打印的蜂窩狀光學結構和半球形的全固態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異的動態響應能力，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型的針孔陣列，并實現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精簡特性，針孔陣列的光學參數可實現精確優化與自適應配置，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，為多機器人協作和機器人群技術開發奠定堅實基礎。
DOI：10.1126/scirobotics.adi8666
挑戰與未來
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、創新高性能材料等尖端工藝，將仿生結構制造精度推進至微米級，實現跨尺度精密加工的革命性突破。未來，摩方將通過持續迭代突破微納3D打印技術，全力推動生物-機械系統的高效融合，賦能仿生微型機器人在神經介入、深空探測、集群作戰等高端戰略領域開啟精密化、智能化、集群化的全新紀元。
(責任編輯：admin)
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