深度阅读：看3D打印如何助力世界最先进机器人
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后面才是干货
我们还记得Atlas机器人，它的纵身一跳，让我们觉得从此以后外国人真不再带我们玩了。而近期Atlas的开发者波士顿动力公司，为其另一款机器人SpotMini安装了一对仿生手臂，再次让我们震撼。这些世界上最先进的机器人集成了世界上最先进的技术，机械工程、3D打印、机器视觉、仿生技术，甚至深度学习，多种传统和现代技术的融合让我们感叹科幻片里的场镜似乎正在变为现实。
Atlas手臂摆动、腿部弯曲、整个躯干都参与进来
机械狗SpotMini单臂开门
2012年，美国国防高级研究计划启动了一项机器人挑战赛，旨在推动救灾机器人技术在当前的基础上向前迈进一大步。这项计划极大推动了美国机器人水平的发展。Atlas和SpotMini也在这项计划的帮助下，经过多次迭代，从开始的蹒跚学步，到如今健步如飞，甚至貌似还学会了中国功夫和跳舞，可谓让人目瞪口呆，电影里的画面似乎要成真。
2013年Atlas外接电源，经常摔跤
2017年Atlas表演后空翻，“书包”里装了电池
最新型号的Atlas高约1.5米，重80公斤，完全动力自主（在30-60分钟之间运行，取决于活动），并拥有28个自由度，强度、密度也已提升到与人类相近的程度。
同样的，SpotMini机械狗多年来也实现飞速进化，从无手臂到安装单支机械喙，再到安装双仿生手臂，使这个25公斤的机器人可承载14公斤的有效载荷的机器人更加灵活、执行更加复杂的操作。
然而无论Atlas还是SpotMini，这些复杂功能和灵活性的实现，3D打印发挥了无可替代的作用。接下来，我们深究3D打印如何帮助这些世界上最先进的机器人减重、提高空间利用率并提升效率。
通过3D打印实现更高效率、更复杂功能
超燃必看：波士顿动力学机器人的演变过程
1. 3D打印定制非标部件
当机器人的体积越来越小，小到人类规格的时候，市面上便很难找到适用于它的高性能伺服阀。于是研究团队自行开发，采用3D打印制作了比航天使用的更小巧、更轻质的伺服阀，新的伺服阀拥有多种模式，阀门响应时间短，旁路泄露极低。这也是3D打印参与Atlas非标部件制造的典型案例。
2. 3D打印优化结构设计减轻机器人肢体惯性
无论对于人还是足式机器人，两足行走都是自然界非常高效的运动方式。不论加速还是减速，机器人系统的大部分动力都消耗在腿部的摆动上，由于其本身重量较高，肢体惯性便成为步行机器人的大问题。为解决这一问题，研究团队对Atlas的腿部进行了优化设计，使其更轻，更紧凑，更加集成。
单腿跳跃
从结构图可以看出，Atlas腿部采用了仿生设计，具有高强度/重量比的晶格以及类似人类骨骼的多孔洞结构，既保证强度又减轻质量，这种结构也只有3D打印能够制造。
腿部结构细节，集成多种部件
然而找寻到这种结构却并非易事，研究人员还需要将歧管、液压管路以及执行器都集成进腿部结构里面，这么多部件的集成也为结构设计带来困难。其封闭处理步骤之多，甚至足以抵消增材制造 (对比传统机械制造) 的部分优势。最终，3D打印技术使有限的空间得到更加高效的利用，Atlas的肢体惯性得到了有效降低。
SpotMini机械狗全新仿生手臂
SpotMini机械狗最初并无手臂设计，之后推出了机械喙版本，近期推出的人体仿生手臂则进一步增加了其灵活性和稳定性，也极大提高了其进行实际操作的能力。该仿生手臂是由意大利仿生设计公司Youbionic采用3D打印技术开发，采用微处理器和伺服电机控制每根手指的运动，实现仿生手臂像人的手臂一样灵活。
3. 3D打印液压动力单元（HPU）实现更高效率
液压动力单元其中一个很重要的优势就是具有极高的功率重量比—极小规格尺寸的单元可以传递很高的功率。采用3D打印来制造液压动力单元，可以制造紧凑、轻量型阀块，极大减轻重量并提高空间利用率。
3D打印参与Atlas液压动力单元制造
波士顿动力将3D打印应用于制造Atlas机器人的液压动力单元（HPU），并具有相当的可扩展性。HPU位于机器人的中心位置，3D打印用于制造收集电力并输出液压动力所涉及的稳态控制器、传感器、过滤器、排污阀等部件，有效利用了原本剩余的空间。另外，Atlas的歧管有18个阀门，实现机器人上半身功能，通过结构有机设计和3D打印制造减轻了压力下降的问题，并淘汰了大量过剩的组件。最终，整个结构的重量仅为5千克，功率达到5千瓦，设计人员介绍，如果没有先进的设计技术和3D打印，这不可能实现。
电影中的这个画面，也许真能实现
总结
从3D打印助力Atlas和SpotMini机器人制造来看，3D打印不仅仅是用来制造，设计也不仅仅是设计，两者的有机结合再加上深入应用，才能发挥重要的作用。可以想象，这两个机器人如果在月球或者火星表面行走，这不就是我们一直说的外星人吗？
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：深度阅读：看3D打印如何助力世界最先进机器人