在這個智能手機和平板電腦泛濫的年代，觸控表面無處不在。但是，他們非常脆弱，正如我們經常見到的破碎的手機屏幕那樣。覆蓋在機器人表面的“皮膚”既要非常柔韌，批量生產時又必須具備成本效益。MIT計算機科學與人工智能實驗室的研究院認為，3D打印或許是不錯的解決方案。為了證明將傳感器和處理電路結合在一起的柔性可打印電子器件的可行性，研究人員設計并制造了一種裝置，通過改變表面光斑的顏色來響應機械應力。他們的靈感來自于黃金龜甲蟲，該甲殼蟲來自北美，擁有獨特的偽裝形式。當受到外界威脅的時候，甲殼蟲殼上金色的色彩會變成半透明的紅棕色，這從而會起到隱蔽和自我保護的作用。受到變色甲殼蟲的啟發，研究員們試圖構建一種以3D打印的柔性膜為基礎的機器人皮膚，同時，他們將各類傳感器布置在機器人的皮膚表面，這樣這個機器人皮膚就具備光學變化的功能。研究員們還根據變換的顏色來分類做出相應機械工作的材料，讓機器人擁有更多樣化的功能。“在自然界中，傳感器網絡和互連網絡稱為感覺通路，”MIT電子工程與計算機科學（EECS）研究生、項目負責人Subramanian Sundaram表示，“我們想看看是否可以在3D打印物體內復制這樣的感覺通路。所以我們找到了自認為最簡單的生物。” 研究人員在最新一期的《先進材料技術》雜志上發表了他們的新成果。

自下而上印刷電路一直是近幾十年來的主要研究領域，Sundaram表示，印刷基板本身的能力大大提高了該技術可以生產的設備的范圍。首先，襯底的選擇限制了可以沉積在其表面的材料的類型。由于印刷基板可以由許多材料組成，它錯綜復雜但又相互聯系，擴大了可印刷電子產品可使用的功能材料的范圍。印刷基板也使得這樣的設備成為可能，盡管印刷在平面上，但是可以折疊成復雜的三圍形狀。可打印機器人遇熱時自組裝是CSAIL分布式機器人實驗室正在研究的一個課題。“我們相信，只有能打印印刷基板時，才能開始考慮打印更復雜的形狀，”Sundaram說。選擇信號

MIT研究人員的新設備是T形的，由一個四方形和一個長條形組成。長條形的是彈性塑料，上面有銀條；在試驗中，電極連接長條形的兩端。T的底部由更硬的塑料制成。它包括兩個印刷晶體管，研究人員將其稱為“像素”，這是一個半導體聚合物的一圈，當十字條伸展時，其顏色會發生變化，從而改變了銀條的電阻。事實上，晶體管和像素由相同的材料制成; 當交叉桿伸展時，晶體管也會稍微改變顏色。然而，像素中的效果更顯著，因為晶體管放大了來自交叉開關的電信號。Sundaram表示，演示工作晶體管是必不可少的，因為大型密集傳感器陣列需要一定的板載信號處理能力。“您不想將所有傳感器連接到主計算機，因為數據量太大，”他說，“你希望能夠進行智能的連接，并只選擇相關的信號。”研究人員使用MultiFab來構建設備，這是由Matusik集團開發的定制三維打印機。MultiFab已經包括兩個不同的“打印頭”，一個用于擠出熱材料，一個用于冷卻，另外還有一個紫外發光二極管陣列。使用紫外線輻射來“固化”由打印頭沉積的流體產生該裝置的基底。流體邊界晶體管由半導體通道構成，其上設有“柵極”，金屬線，當被充電時產生在其導電和非導電狀態之間切換半導體的電場。在標準晶體管中，在柵極和半導體之間存在絕緣體，以防止柵極電流泄漏到半導體溝道中。MIT研究人員設備中的晶體管沒有分離柵極和半導體，取而代之的是一層含鉀鹽的水。對柵極充電將鉀離子驅入半導體，改變其導電性。鹽水層降低了設備的工作電壓，因此可以用普通的1.5伏電池供電。但它確實會使設備更不耐用。“我想我們可以讓它穩定工作兩個月，也許，”Sundaram說。 “一個選擇是用介于固體和液體之間的東西代替液體，如水凝膠。 但這是我們以后會做工作的。這只是最初的版本。““我對系統的概念和實現印象深刻，”德國斯圖加特馬克斯·普朗克固體研究所有機電子研究小組負責人Hagen Klauk說，“通過將所有材料（包括固體和液體）沉積在3D打印中，整個光電子系統（包括基板和所有部件）的印刷方式肯定是新穎、有趣而有用的，功能系統的演示證實該方法也是可行的。在簡易的制造環境中，沒有可用的專用襯底材料時，這種即時制造基底的方法是非常有用的。
”未來的路還很長Sundaram表示，他們目前只是借鑒了變色甲殼蟲的簡單防御性特征，作為“變色”概念的證明。同時，研究人員將光學變換性能構建成柔性的印刷基板。Sundaram說，“我們想做這個傳感器處理驅動，只是傳感器驅動是3D打印中的最大的問題之一，光學驅動實際上更容易一點。”據悉，研究團隊采用MultiFab 3D 打印機完成材料的制作，其中借助了銅和陶瓷加熱器來幫助沉積半導體塑料：塑料懸浮在噴涂在設備表面上的流體中，加熱器使流體蒸發，留下一層僅 200 納米厚的塑料。現階段，他們已經設法將甲蟲的光學變化功能復制到了單一的 3D 打印電路板上。而除了機器人外，該技術同樣能夠應用于例如飛機、橋梁等設施。在討論該生物仿真技術的生物靈感時，研究員Sundaram說話非常謙虛，他告訴人們，團隊僅僅是從大自然中吸取了一部分靈感，未來團隊的路還是很長。同時，研究員Sundaram還告訴TechCrunch“我們明白我們還遠遠落后于大自然，真正完全復制大自然中的生物物種幾乎是一件不可能完成的任務。”他說，“就像是看月亮抑或者是試圖爬上樹頂一樣，即使我們從變色甲殼蟲處得到了靈感，但其實真正要在機器人皮膚上實現這個功能還有好長的一段路要走。‘變色皮膚’的功能是很酷炫的，實現所有的功能真的很困難。”