麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种3D打印复杂执行器系统。该工具包包括用于设计合成的多目标拓扑优化软件和用于制造机器人执行器的多材料按需3D打印。根据计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的前博士研究生Subramanian Sundaram的说法，该系统可以制造“人类几乎不可能手工完成”的机制，特别是在航空航天领域。“我们的最终目标是自动为任何问题找到最佳设计，然后使用我们优化设计的输出来制作。”Sundaram补充道。

为了演示这个系统，研究人员制作了带有花瓣的漂浮睡莲，这些花瓣配有执行器和铰链，可以响应磁场穿过导电液体而折叠起来。照片来自麻省理工学院/

3D打印执行器

麻省理工学院的研究中的执行器机械地控制机器人系统，以响应以不同角度传输黑白图像的电信号。今年早些时候，麻省理工学院媒体实验室的一个团队开发了Cilllia，这是一种3D打印头发结构的计算方法，可用作移动物体的被动执行器。该大学的新型执行器系统由柔软和刚性聚合物以及响应磁场的磁性纳米粒子聚合物复合材料组成。构建拓扑优化器以基于材料的属性和生成的体素模型控制材料的放置。配备有大桶材料的定制3D打印机连接到具有数百个喷嘴的打印头，这些喷嘴可以单独控制以制造致动器。

将30μm大小的指定材料的液滴射入其各自的体素位置，然后在基板上逐层固化。通过这个过程，麻省理工学院的研究人员3D打印出一个执行器，当平放时，描绘了文森特梵高的自画像。当倾斜时，它被激活，并展示着名的爱德华蒙克画作“呐喊”。

3D打印动作执行器，以不同角度显示两幅着名画作。通过MIT剪辑。

该系统基于属性库，该库随机地将不同的材料分配给不同的体素。通常在此过程中，手动计算参数以找到最佳设计。进行模拟以直接和以一定角度确认所需的布置。在施加磁场时，在棕色磁性体素周围添加，移除和移动将改变致动器的角度。3D打印的浮动水百合也是用花瓣配备的致动器和铰链阵列创建的。这允许花瓣响应于穿过导电流体的磁场而折叠。

Sundaram指出，由于新的多材料3D打印技术，设计的维度变得更加复杂。 “你剩下的就是所谓的'组合爆炸'，你基本上有很多材料和属性的组合，你没有机会评估每一种组合，以创造一个最佳的结构。”

研究人员认为，这种自动化过程可以推进大型结构的设计，例如飞机机翼。目前，研究人员已经开始将飞机机翼分解成更小的体素块，以优化其重量，升力和其他指标的设计。