MIT开发出新款自动化系统 可优化设计和3D打印复杂执行器
7月16日消息，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员在《科学进展》杂志发布了一种自动化系统，该系统不仅可以设计并3D打印复杂执行器，同时能对执行器的外观与功能进行优化。简而言之，这种系统可以自动完成人类手工无法完成的任务。在论文中，研究人员用自动系统演示了执行器的制造过程。
执行器是一种机械控制机器人系统响应电子信号的装置，它可以从不同角度显示不同的黑白图像。例如，平放的执行器可以塑造出文森特·梵高的肖像，而在倾斜一定角度后，它又能塑造出爱德华·蒙克的《呐喊》。执行器主要由3种不同的材料组成，每种材料都有其特定的颜色和特性（柔韧性和磁性）。自动系统首先将执行器分解成数百万个体素，每个体素中都可以填充任意一种材料。随后，自动系统通过上百万次模拟，分析材料填充体素的效果，进而找到每种材料在每个体素中的最佳位置。最后，定制的3D打印机按照优化方案将材料准确堆叠入体素中完成执行器的制造。
论文第一作者Subramanian Sundaram博士说：“我们的终极目标是为所有问题自动找到最优解，然后输出它。从打印材料的选择到优化设计、再到产品制造，我们的系统几乎都符合完全自动化的特征。”
除图像变换显示之外，经外观与功能优化的执行器也能用于机器人仿生技术。例如，有研究人员正在设计覆盖执行器阵列的水下机器人皮肤，以模仿鲨鱼皮肤上的齿状物——齿状物可以产生形变，减少鲨鱼游动阻力，使其游动更加快速、安静。Sundaram博士说：“水下机器人在覆盖了执行器阵列后，其游动效率将大幅度提高。”
目前，机器人执行器正变得越来越复杂。根据应用程序的不同，它们必须针对质量、外观和功耗等进行优化。一般情况下，研究人员会手动计算所有参数以找到最优设计。随着3D打印技术的崛起，其能够使用多种材料制造产品的优势反而继续增加了执行器制造的复杂性。Sundaram博士说：“研究人员可能会被海量的组合弄得‘原地爆炸’。他们没有办法去评估每一个材料组合。”
在Sundaram博士等的研究中，他们主要考虑了执行器的3种特征：颜色、磁化强度和硬度。自动化系统分别通过执行“试错模式”和“光线追踪”等策略进行了迭代分析，以匹配设计需求。而为了顺利制造出执行器，研究人员还开发了基于“随需应变”技术的定制3D打印机。Sundaram博士认为，他们的工作可以作为大型结构（如机翼）设计的铺路石。研究人员可以将机翼“分解”成类似体素的小块，然后进行质量、升力等指标的优化。他说：“虽然我们还不能用自动化系统打印出机翼这样规模的产品，但我认为我们已经向着这个目标迈出了重要一步。”
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