供稿人:杨春成 李涤尘 发布日期：2017-04-13
著名物理学家霍金曾经警告人类，机器人将在100年内控制人类，而其中一个重要的节点就是机器人开始学会“自我繁殖”。很多科幻大片中，也演绎过机器人采用一种集成的制造系统开始大量复制自身，并与人类发生惊天动地的大战。那么，我们离“机器人的自我繁殖”到底还有多远？也许，真的不远了！
2016年9月30日，美国德州大学埃尔帕索分校的Eric MacDonald和Ryan Wicker在Science上发表了一篇题为“Multiprocess 3D printing for increasing component functionality”的综述。文章提出虽然目前3D打印在制造金属、陶瓷、聚合物等方面取得了一定的进展，已经具有许多较为成熟的应用案例，但是传统的3D打印仅仅局限于以单一材料为原料的制造，制造出来的大多零件仅仅只能作为结构零件，而缺少了功能性。因此，下一代的3D打印系统应该既能够集成多种3D打印工艺，又要包括传统的制作方法（例如机械加工、切削、滴涂、机器人操作等），从而形成一个整合不同工艺特性的、统一的、无需额外人为操作的制造环境，来进行器件的制造，可以使产品同时结合电子、电磁、光学、流体、制动、化学以及热学等特性。可见，这种制造技术，很有可能成为“机器人的自我繁殖”的关键手段！
图1 多工艺进程3D打印系统
一个机器人需要许多不同功能的部件，包括传感器、驱动器、能量装置、通讯天线等等，那让我们看看过去十年间各国研究人员利用多工艺进程3D打印系统所制造的功能器件，是否能够满足一个机器人的制造需求：
传感器——对于利用3D打印技术制造传感器主要着眼于以下两个方面：在打印的过程中直接将传感器植入结构中，或是将传感器和整个3D打印的结构融为一体。
图2 3D打印的触觉传感器：（A）可拉伸式触觉传感器；（B）电容式触觉传感器
驱动器——从简单的回缩装置到全功能的转动马达，多种的机械驱动器已经在研究中得以实现。例如，研究者已经制作出了生物激励的振翼昆虫、依靠外部运动的假手等。
复杂结构热交换器——金属3D打印系统已经被用来制造具有大比表面积结构的高热导率器件，并已经应用于流体热交换装置、3D打印注塑模具甚至热核反应器中。
储能器件——近年来的研究已经利用3D打印技术制作出了锂离子电池。
图3 3D打印锂电池
天线和电磁器件——一些研究团队已经将诸如金属线、金属网、金属箔等物质嵌入3D打印的结构中去控制介电性和导电性空间分布。利用3D打印技术制作的天线具有恰当的无线电频率、低的损耗因数，并且可以应用于具有拱形的结构中。
图4 3D打印的天线结构：（A）圆柱型的贴片天线；（B）阿基米德天线；（C）多贴片天线
可见，下一代的3D打印技术不仅会结合不同材料，也会将功能性组分嵌入到产品的结构中，得到具有多种功能的产品。现有的研究成果已经表明，多工艺进程3D打印系统为未来制造多功能的、个人化定制的电子器件产品，甚至让机器人进行自我繁殖提供了无限可能！