探秘：MIT在3D打印领域的七大成就

　　 MIT作为世界著名的大学之一，在3D打印，机器人，人工智能以及众多高科技领域一直保持着自己的领先研发地位。针对3D打印这一热门而神奇的领域，MIT也没少花心思。他们的研究不仅前沿且脑洞颇大，让绚烂缤纷的3D打印界愈加精彩！

　　MIT科学家研发出可用DNA进行3D打印的技术

　　如果你想要3D打印几英寸高的东西，可挤出的塑料是比较好的介质。但是当您需要在纳米尺度下的某个对象的话，DNA就是一个更好的选择——但是，谁有这个功夫一个碱基一个碱基地去设计和组装它们？这些难不住万能的科学家。来自麻省理工学院（MIT）的一项新研究使得人们也可以用DNA设计、组成需要的形状——其中的奥秘在于通过一个巧妙地算法来确定DNA中A、T、G和C碱基对的位置。

　　据了解，与人们通常的印象不同的是，DNA的结构其实并不一定非得是双螺旋的：通过改变碱基的排列顺序或代之以其他分子，科学家们可以使DNA链扭向指定的方向，或者围绕着某个方向缠绕——如果经过周密的设计，人们甚至可以让一个DNA单链进行足够的弯曲和缠绕，从而形成一个有用的几何结构。研究人员们称，这些结构可以用于输送药物、制造像CRISPR Cas9基因编辑元素这样的封装工具，甚至可以存储信息。但是，其中最大的问题在于如何设计，比如，仅仅让DNA链组成一个十二面体就是一个极其复杂的任务，几乎没有人有经验能够手工组装如此复杂的分子，这些分子往往由数以千计的碱基对组成。

　　而这正是来自麻省理工学院、亚利桑那州立大学（Arizona State University）和Baylor大学的科学家们所要解决的。他们的这项成果已经被发表在了5月25日的《科学（Science）》杂志上。在此之后，由研究人员们创建的这个算法将确定所需要的碱基的具体顺序，这就提供了一个“脚手架”，然后一个DNA单链将围绕着它进行弯曲和缠绕，形成所需的形状。

　　MIT科学家开发出3D打印可编程毛发的技术

　　在这个无物不可以3D打印的时候，毛发似乎更加不在话下。但是，由麻省理工学院（MIT）媒体实验室的有形媒体集团3D打印而成的这种毛发可不只是在塑料上增加了柔软的触感那么简单。这种材料可以通过编程用于一连串令人意想不到的实际应用。据了解，这个新奇的项目被称为Cilllia（是的，中间是3个L），是研究人员们受到真正毛发的启发而研发的。众所周知，生物的毛发不仅有装饰的作用，而且还能够保温，并且摸起来也很舒服。而有形媒体集团的学家们开发出了一个特别的软件，可以快速定义头发的角度、厚度、密度和高度。

　　然后，通过这个软件，他们能够在平面或者曲面上以50微米的分辨率制作出毛发状的结构。在那之后，事情就变得真正有趣了。“3D打印毛发状结构的能力为个人制造和互动设计开辟了新的可能性。”研究团队在一篇介绍Cilllia的论文中如是说。研究人员们制造了几个玩具，其中包括一个带LED灯的毛绒绒的兔子，当然兔子表面的毛是3D打印的，当您从不同的角度抚摸兔子的时候，LED等会亮起不同的颜色；此外还有几个小芭蕾舞者，他们的足底打印着的头发使其能够在一个特制的音箱表面旋转，旋转的速度取决于头发的角度。

　　此外，覆盖着毛发的底部可以组合也可以分开。由于毛发是可以编程的，研究团队甚至可以用它来制作出具有粘力的镶板。另外，研究人员还可以用经过编程的毛发制造手指滑动传感器和被动性的致动器。比如他们把毛发打印在一个小风车的中间，使其能够对振动产生回应，然后将这个小风车固定到智能手机上，就可以通过手机的震动旋转风车的叶片，非常有趣。

　　MIT再度创新：3D打印可直接打造液压系统

　　不久前，麻省理工学院（MIT）的计算机科学家们获得了一项突破性成果，能够使用商用3D打印机同时打印固体和液体。这项技术有可能在未来的某一天实现3D打印完整的机器人。据了解，来自MIT计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的科学家们开发出一种被称为“Printable Hydraulics（可打印液压系统）”的3D打印技术，这种技术主要基于光固化3D打印机，它能够使后者增加了在打印固体对象的同时也能打印液体的能力，而且在打印对象时能够把液体储存在固体材料里面。

　　据悉，科学家们开发的这种新型3D打印技术主要基于光固化原理，而且与桌面喷墨打印机有点类似，只不过该技术喷射出的是可固化的液体塑料滴，然后用一种紫外激光使其硬化，形成固体对象。“当这些零件被打印时，它们是被逐层打印的，每层都非常薄。在这样的尺度，以及这样的层高条件下，我们沉积的液滴可以让所有的材料以固体和液体的形态彼此紧挨着分布在一起，个中的原因在这些液滴的表面张力。”CSAIL的博士后研究员、此项研究的共同作者Robert MacCurdy说。“那些被设定为固体的材料会通过紫外光的照射而被固化，但是被设定为液体的却不会被照射到。这使我们能够嵌入非常细的液压管道来驱动驱动机器人和机电部件。事实上，我们并非嵌入它们，而是将其作为完整部件的一部分留了下来，我们不需要添加或去除任何东西。”

　　MIT的研究人员使用的是一台商业性光聚合物3D打印机。经过了一年的研究，他们找到了方法，可以将一种液体从酒精中添加到该3D打印机里，从而使这种液体、固体相结合的打印成为可能。科学家们宣称，通过该技术消费者未来有可能自己在家里打印出机器人。众所周知，在目前的条件下，组装机器人是非常耗时和复杂的，而且机器人也没有足够的智能来自行组装其它机器人。但是研究人员想象，通过这种技术，未来人们可以在家里轻松地打印出具有特定用途的机器人。此项研究的论文题目为《可3D打印液压系统：用3D打印的固体和液体材料制造机器人的方法（Printable Hydraulics: A Method for Fabricating Robots by 3D Co-Printing Solids and Liquids）》，目前发表在康奈尔大学图书馆的开源数据库中。

　　MIT前沿科技：机器人3D打印玻璃工艺问世！

　　近些年来，虽然可3D打印材料的名单看上去增长了不少，不过有一种传统制造材料目前还是很难被收入囊中。我们都知道，先要把熔化后的玻璃铸造成复杂的形状是相当困难的，而且在挤出过程中的表现也与其他耗材完全不同。所以，一直以来在增材制造这一领域并没有很多人选择玻璃作为耗材。不过，前阵子由麻省理工学院研发出的精密玻璃3D打印工艺又让人们看到了希望。

　　如今，弗吉尼亚理工大学和罗得岛大学设计学院也在这条研发道路上跨出了重要的一步。他们推出了一个基于机器人的3D打印玻璃程序，并且已经取得了一些有意思的成果。据了解，这项新技术被称为六轴玻璃打印，在2013年由Glass Robotics Laboratory（玻璃机器人实验室）提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King两人协作开发，目的就是找到玻璃材料和前沿制造技术的结合点。目前，他们研发的这项3D打印技术所展现出来成果虽然还比较粗糙，但是却相当有意思。通常情况下，3D打印的过程都是靠喷头的移动形成具体的形状，而他们是利用的一个机器人手臂。

　　MIT：成功开发3D打印“玻璃缝纫机”

　　早在2015年8月，麻省理工学院(MIT)媒体实验室的Mediated Matter项目成功地开发出了具有相当精度的玻璃3D打印机。近日，Mediated Matter与该校玻璃实验室以及著名数学家Pierre-Thomas Brun博士共同合作，针对这一玻璃3D打印机开发出了一种基于数学计算的“熔态玻璃缝纫机(molten glass sewing machine)”应用。据了解，在“熔态玻璃缝纫机”应用中，其独特的3D打印机喷嘴将摇摆着在一定的高度水平上连续挤出熔融玻璃，从一边到另一边，从而形成波浪和环状，这一过程可以通过调节喷嘴的速度精确控制。因此，该应用可以使得Mediated Matter项目开发的玻璃3D打印机创建出复杂的3D打印玻璃器皿。

　　“通常在3D打印时，常规的方法是喷嘴往往非常接近要打印的对象。”Brun博士解释说。“但是他们的3D打印机喷嘴则离得比较远。在这种情况下，你也可以不用让熔融的材料垂直落下并且直线移动，相反可以创造一种线圈似的图案结构，就像把蜂蜜挤在吐司上。”这些图案就是Brun要研究的主题，也是两个实验室为什么邀请他加入的原因。这位数学家很快就在其中起到了关键作用。

　　“我提出了一个简化模型来解释这些对象的动态行为。”他说。“这样我就有了一个办法来合理化他们观察到的模式。然后我们开始共同工作，以创建出用这些模式作为基本构建单元的结构。”通过合理化这些模式，Brun博士能够把一个可能的缺陷变成在构建3D对象中可以精确操纵的变量。“这些线圈可能看上去很复杂，但你可以用非常简单的方法来合理化他们。”Brun博士解释说：“要做到这个你只需要一个数字——玻璃落到表面的速度有多快?”如果熔化的玻璃下落速度比喷嘴前进的速度慢，那么喷嘴挤出的线将成波浪状，而不是一条直线，如果喷嘴速度进一步降低，小的交替圆圈将出现在轨迹中，如果其前进的速度进一步降低，这些小圆圈将变成更大的线圈。Brun博士和他的同时将3D打印机比作一台缝纫机，因为这两种非常不同的技术产生的是类似的线条图案。“它在做的是一台缝纫机做的事情。”Brun博士观察说：“你从一根线开始，然后形成一个彼此拼接的图案——只不过这次它们换成了玻璃。”

　　MIT颠覆性技术：可将3D扫描仪精度提升千倍

　　近日，麻省理工学院（MIT）媒体实验室的研究人员开发出了一种新的偏振光技术，被称为Polarized 3D。据研究人员称，这种技术能够把一台标准商用3D扫描仪的分辨率提高1000倍。他们认为，该技术不仅比许多高精度的工业级激光3D扫描仪更便宜更好，而且可能实现在智能手机里内置高质量的3D相机以及令人难以置信的高分辨率3D打印，甚至可以将3D扫描仪植入更安全、更敏感的自动驾驶汽车里。

　　作为3D建模人员、3D打印爱好者，以及一系列其他相关专业人员的得力工具，3D扫描技术在市场上已经存在了相当长一段时间了。从便宜到昂贵、从方便到精细，各种3D扫描仪都有，有的先进3D扫描仪甚至可以捕获对象的表面纹理、颜色以及光的吸收和反射。但是MIT的Polarized 3D技术却能使廉价的3D扫描仪获得前所未有的高精度，这一影响堪称颠覆性的。不过总的来说，此次3D影像方面的突破要得益于偏振光原理以及一个可靠的微软Kinect 3D扫描仪。据研究团队解释称，光的偏振是我们在偏光太阳镜和大多数3D电影系统中都能够看到的物理现象。从本质上讲，它影响了对物理对象的光反射。

　　为了将偏振光用于3D扫描，MIT的研究团队创建了一个算法，来利用光的偏振现象准确定位和测量将光反射出的对象。尽管有先进的光计算公式，仅仅靠测量偏振光来计算表面对象的位置显然是很难做到的。但是柳暗花明的是，研究人员发现在大多数视频游戏机上的标准图形芯片能够做到这一点。为此，研究人员使用了一台微软的Kinect，并将普通偏光摄影镜头放在镜头前。在每一个实验中，研究人员使用三个不同的滤镜对同一个对象拍摄三张照片，并用他们的算法对所获图像的光强度进行对比。经过多次实验，结果是明确的：原本Kinect的分辨率为1厘米左右，但是通过结合偏振光信息，它可以实现高达100微米的分辨率，是之前的1000倍。不过Kinect毕竟是一款消费级的扫描设备，与一台高端的3D扫描仪相差甚远。所以，为了真正验证他们的技术，研究人员对价格高达数千美元的工业级激光扫描仪进行了同样的实验。再一次，Polarized 3D提供了更高的分辨率。

　　关于这项研究的细节信息发表在了一份公众能够获取到的MIT媒体实验室论文集中，其论文题目为《Polarized 3D：利用偏振光信息的高质量深度感知（Polarized 3D: High Quality Depth Sensing with Polarization Cues）》。作者Achuta Kadambi、Vage Taamazyan、Boxin Shi和Ramesh Raskar还将再12月份的计算机视觉国际会议上展示他们的研究成果。据了解，这种技术出了能够制造出便宜而又非常精确的3D扫描仪之外，对于当下最新的自动驾驶汽车的发展也有极大的推动作用。研究人员解释说，许多当下的无人驾驶汽车在正常光照条件下表现得十分不错，但是一旦出现雨、雪、雾等天气，它们立即就会变成公路杀手。而在他们对于偏振光系统进行的一些测试中，研究小组能够利用来自上述天气条件中包含着干扰光波的信息来处理光线是如何散射的。“减轻控制场景的散射只是小小的一步。”kadambi，“但是我认为这是解开问题很酷的一步。”

　　MIT研发智能变形3D打印鞋子

　　尽管如今关于3D打印材料的研发正在突飞猛进，但是正中间最前沿、最让人兴奋的进展则来自一种可以自组装的材料：3D打印的纺织品、木材或甚至碳纤维能够在热、或者其它环境刺激条件下主动转化成预定的形状或者结构——有人也将其称为“4D打印”。这种可编程自组装的3D打印对象在未来的施工、产品制造、航运和用户交互方面拥有非常广阔的潜在应用。而现在，麻省理工学院（MIT）自组装实验室的科学家们正在努力实现其中的一小部分——3D打印可自组装的鞋子。确切地说，他们正在进行的这个Minimal Shoe项目主要目的是开发一个能够根据用户脚的形状和大小自动精确变形的鞋子。够科幻吧？

　　那么，他们是怎么做到的呢？首先科学家们需要使用3D打印技术打造出一种“主动式”的纺织材料，它是用某种塑料材料根据不同的厚度和经过编程的图案打印出来的一种被延展了的纺织材料。当这种纺织材料从被延展的状态解放时，它会“跳起来”，或者重新配置自身，变成预先经过编程设定的形状。对于这个Minimal Shoe项目而言，它会收缩，并且变成您的脚的形状。而通常来说，将织物拉伸成为刚性的结构框架需要复杂的成型和机械方法，但是3D打印技术降低了成形过程的复杂性。而且，不像其他的可穿戴式技术，自组装纺织物与复杂而综合的机器人是两种概念。前者主要是针对周围的环境做出整体性的反应。

　　“Minimal Shoe是一种主动性的纺织物和它目前还处于研究进展当中。”Guveran说：“我们可以让它收缩鞋子的尺码，而且就沿着您的脚周围进行收缩。”这种材料是半透明的，重量很轻，具有极高的可塑性，给鞋子带来一种来自太空时代的、犹如空气般轻盈的美感。这双鞋子对于3D打印技术的使用也很有意思，因为一般要3D打印整只鞋子的话是非常耗时而复杂的。而在这个项目里科学家们将需要3D打印的部分缩减至最小，只保留与鞋子主动变形有关的部分。这种混合制造技术将3D打印材料与更为传统的鞋类材料，如皮革、橡胶、等结合起来，从而能够实现更多的定制化和更快的成型。

　　此外，研究人员还提供了制造Minimal Shoe的两种可能的方式。一种雄心勃勃的版本是将整只鞋——包括鞋面和鞋底——都3D打印出来。但是该项目的负责人Skylar Tibbets称更为现实的版本是只打印鞋面的部分，然后再将其连接到传统材料上。“我们已经拥有了可以自动变形的主动性纺织品，但是为了使其更加高效，以这种方式（指只3D打印鞋面）制造可能更为可行，因为它可以以最少的时间和材料实现高度主动的对象。”另外一位研究人员Christophe Guberan说。

　　Tibbets补充说，他们的研究目的的很大一部分是为了推动主动性纺织品的应用极限，以及为它打开更多的可能性。“因此，我们并不需要把这个世界看成仅由静态的、死寂的、冰冷的材料组成的。它们也可能是高度活跃的，当然这并不意味着它们会更贵。”尽管这个Minimal Shoe目前仍然是一个正在进行中的研究项目，研究团队还正在为它寻找各种可能的用途。但是一家匿名的运动用品公司已经对此表示了兴趣。