新時代高科技不計其數越來越發達，小伙伴們看過不少科技新聞吧，在我們生活中應該也用到很多這些高科技東西，有哪些小伙伴值的關注的呢，今天就跟大家分享一篇有關科技方面知識，希望大家會喜歡。

由麻省理工學院研究人員開發的自動化系統設計和3D打印復雜的機器人部件，稱為執行器，根據大量規格進行優化。簡而言之，該系統自動完成人類幾乎不可能手工完成的事情。

在Science Advances上發表的一篇論文中，研究人員通過制造致動器裝置來演示該系統，這些裝置機械地控制機器人系統以響應電信號 - 在不同角度顯示不同的黑白圖像。例如，一個執行器在平放時描繪了Vincent van Gogh的肖像。然而，當它被激活時傾斜一個角度，它描繪了著名的愛德華蒙克畫作“吶喊”。

執行器由三種不同材料的拼湊而成，每種材料具有不同的淺色或深色以及諸如柔性和磁化的特性 - 其響應于控制信號控制致動器的角度。軟件首先將執行器設計分解為數百萬個三維像素或“體素”，每個像素都可以填充任何材料。然后，它運行數百萬次模擬，用不同的材料填充不同的體素。最終，它落在每個體素中每種材料的最佳位置，以在兩個不同的角度生成兩個不同的圖像。然后，定制的3-D打印機通過逐層將正確的材料放入正確的體素中來制造致動器。

“我們的最終目標是自動為任何問題找到最佳設計，然后使用我們優化設計的輸出來制作它，”第一作者Subramanian Sundaram博士說。'18，曾是計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)的研究生。“我們選擇印刷材料，尋找最佳設計，以幾乎完全自動化的方式制造最終產品。”

移動圖像演示了系統可以做什么。但是針對外觀和功能進行了優化的執行器也可以用于機器人技術中的仿生學。例如，其他研究人員正在設計具有致動器陣列的水下機器人皮膚，旨在模仿鯊魚皮膚上的細菌。Denticles集體變形以減少阻力，從而更快，更安靜地游泳。“你可以想象水下機器人的整個陣列的執行器涂在他們的皮膚表面，可以優化拖動和轉動，等等，”Sundaram說。

如今的機器人執行器變得越來越復雜。根據應用，它們必須針對重量，效率，外觀，靈活性，功耗以及各種其他功能和性能指標進行優化。通常，專家手動計算所有這些參數以找到最佳設計。

除此之外，新的3D打印技術現在可以使用多種材料來創建一種產品。這意味著設計的維度變得非常高。“你剩下的就是所謂的'組合爆炸'，在這種情況下，你基本上擁有如此多的材料和性能組合，你沒有機會評估每種組合以創造最佳結構，”Sundaram說。

在他們的工作中，研究人員首先定制了三種聚合物材料，這些材料具有構建執行器所需的特定屬性：顏色，磁化和剛性。最后，他們生產了一種近透明的剛性材料，一種用作鉸鏈的不透明柔性材料，以及一種響應磁信號的棕色納米粒子材料。他們將所有特征數據插入屬性庫中。

該系統采用灰度圖像示例作為輸入，例如顯示梵高肖像的平面執行器，但以精確的角度傾斜以顯示“吶喊”。它基本上執行一種復雜形式的試驗和錯誤，有點像重新排列魔方，但在這種情況下，大約550萬個體素被迭代重新配置以匹配圖像并滿足測量角度。

最初，系統從屬性庫中繪制以隨機地將不同的材質分配給不同的體素。然后，它運行一個模擬，以查看該排列是否直接和以一定角度描繪兩個目標圖像。如果不是，則會收到錯誤信號。該信號讓它知道哪些體素在標記上，哪些體素應該被改變。例如，在施加磁場時，在棕色磁性體素周圍添加，移除和移動將改變致動器的角度。但是，系統還必須考慮如何對齊那些棕色體素會影響圖像。

為了計算每次迭代時執行器的外觀，研究人員采用了一種稱為“射線追蹤”的計算機圖形技術，該技術模擬光與物體相互作用的路徑。模擬光束穿過每列體素處的致動器。可以用超過100個體素層制造致動器。色譜柱可以包含超過100個體素，不同的材料序列在平坦或成一定角度時會發出不同的灰色陰影。

例如，當致動器是平的時，光束可以照射在包含許多棕色體素的柱上，產生暗色調。但是當執行器傾斜時，光束將照射在未對準的體素上。布朗體素可能會偏離光束，而更清晰的體素可能會移動到光束中，從而產生更輕的色調。該系統使用該技術來對準需要處于平坦和成角度圖像中的深色和淺色體素列。經過1億次或更多次迭代，以及幾個小時到幾十個小時之后，系統將找到適合目標圖像的排列。

“我們正在比較[體素柱]在平坦或標題時的樣子，以匹配目標圖像，”Sundaram說。“如果沒有，你可以換一個明確的體素與棕色體素。如果這是一個改進，我們保留這個新的建議，并一遍又一遍地做出其他改變。”

為了制造執行器，研究人員構建了一種定制的3D打印機，該打印機采用了一種稱為“按需噴射”的技術。這三種材料的浴缸連接到具有數百個噴嘴的打印頭，這些噴嘴可以單獨控制。打印機將30微米大小的指定材料液滴噴射到其各自的體素位置。一旦液滴落在基板上，它就會固化。通過這種方式，打印機逐層構建對象。

Sundaram說，這項工作可以作為設計大型結構的墊腳石，例如飛機機翼。例如，研究人員同樣開始將飛機機翼分解成更小的體素塊，以優化其重量和升力設計以及其他指標。“我們還無法在那個尺度上打印機翼或任何東西，或使用這些材料。但我認為這是實現這一目標的第一步，”Sundaram說。