能够将传感器直接整合到结构中提供了一系列独特的机会，例如构建具有复杂几何形状的传感结构和优化传感器放置的能力。

麻省理工学院的研究人员在开发出一种有助于 3D 打印具有“可调”机械性能的传感结构的技术后，证明了这样做的能力。

该团队发表在《科学进展》杂志上，表示他们的努力为使用 3D 打印技术从单一材料创建传感结构铺平了道路。凭借将传感器嵌入建筑材料的能力，一种可应用于软机器人的技术释放了创造具有理解自身运动能力的灵活机器人的潜力。

扩展运动感知

通过专注于建筑材料，特别是网格排列的材料，该团队能够看到调整不同的机械性能如何使材料或多或少变硬。通常，将传感器集成到复杂的图案和 3D 结构中可能会很困难，这意味着传感器被放置在结构的外部，这对材料的运动提供了有限的概览。

然而，当传感器集成到物体的结构中时，研究人员可以更深入地了解材料的行为方式，从而扩展运动传感能力。为了实现这一目标，研究人员利用 3D 打印技术将充气通道直接插入到晶格结构中。

当向结构施加运动或压力时，充气通道弯曲变形，这种变形会改变晶格内的空气体积。通过使用市售压力传感器测量这些压力变化和波动，该团队能够收集有关这些变化如何生效的信息。

用于集成传感器的数字光 3D 打印

为了创建复杂的晶格几何形状，该团队使用了数字光 3D 打印 (DLP)，这是一种使用液态树脂打印 3D 结构的方法，该液态树脂在打印过程中暴露在蓝光下会硬化。麻省理工学院的团队通过使用空气和真空的复杂清洁工艺确保在晶格结构上没有形成多余的树脂。

虽然 DLP 是一种打印 3D 结构的创新方式，但研究人员专注于传感材料创造的可能性，因为这些独特的自适应系统可以改变机器人与周围世界互动的方式。

HSA 机器人

然后，该团队能够使用这种方法打印一个带有集成传感器的软机器人——这里生产的材料类别被称为手动剪切拉胀剂或 HSA。由于它们的运动范围和灵活性，这些材料适用于软机器人。

通过打印一个带有集成到结构中的传感器的 HSA 机器人，该团队能够轻松跟踪和监控各种运动范围，包括扭转、拉伸和弯曲。然后他们从这些测试中获得的数据被输入到一个神经网络中，该网络展示了预测 HSA 机器人运动的能力。

虽然该团队正在考虑该技术在软机器人应用中的可行性，但它也可以转移到制造可穿戴智能设备，直接传输有关性能的反馈以及人类在特定环境中如何互动，无论是为了运动表现还是健康益处。

研究人员对这项工作所代表的未来机遇感到兴奋，并正在寻找可以应用该技术的新应用，同时使用机器学习来扩展软机器人的可能性极限。