在资料科学和利用物理学中，探讨人士期望驱动体系的体现与当然景象相似。作为一种典范的例子，科学家们提议要设置模仿乌贼伪装的生物激起资料，虽然源于生成高维建筑设置和与其生产工艺相干的多功效资料的概括繁杂性，工程设置这类高度集成的体系可能具备挑战性。在最近的科学进展汇报中，Subramanian Sundaram及其在和法国计算机科学，人力智能和电气工程系的同事提议了一种完整的多指标拓扑改良合同和多资料按需喷射三维(3-D)打印工程师繁杂执行器。

致动器包涵软磁性和刚性聚合物，其耦合到响应磁场的磁性纳米颗粒/聚合物复合资料。拓扑改良器可行为各个体素分配资料，以加强高分辨率的物理外貌。当它们将拓扑改良设置战略与多资料生产工艺同一起来时，Sundaram等人。可行设置繁杂的执行器作为实现自动化和指标驱动生产的有期望的门径。

现代机器人须要在单个封装内集成多个功效的执行器，以改良高度，功率效能，拓扑构造，大小和其它功能目标。这一想法是探讨提案的根基，该提案主张将传感，驱动和计算与机器人资料紧密联合。探讨人士仍在争论机器人能否会是带有大脑或大脑的尸体，因而资料和机器之中的区分仍有待确定。采纳机器人资料的新范例请求机器人部件设置用于多个功效，并针对多个指标发展改良，如同天然生物一样。

资料属性库。(A)运用分光亮度计测量的经过MPC的透射率显现为不同厚度的薄膜的波长的函数。(B)经过透明刚性资料的透射率，作为若干膜厚度的波长的函数。(C)在室温下测量的MPC的磁化强度与施加的磁场。磁性纳米颗粒占MPC总重量的约12%。ELA，MPC和刚性聚合物(RIG)的典范机械应力 - 应变曲线区别示于(D)至(F)中。线性应变下聚合物的弹性模量(每个样品平均三个样品)显着浮动-ELA(528kPa)，MPC(507MPa)和RIG(1290MPa)。(G)原理图显现了鉴于铰链的根本设置，其面板长度为lp，厚度为tp。在这种设置中，该面板被分成两个相等的RIG和MPC部分。面板两侧用刚性边界接连，ELA扭转铰链的长度为lh，宽度为wh，厚度为th。在施加磁场时，面板的磁性部分发生扭矩。这用作手动设置样品中的根本块。(H)2×2阵列的面板的图像，每个面板具备两个旋转轴。图像的深棕色地域显现MPC资料，半透明部分显现刚性资料。弹性扭转铰链在外貌上差不多与刚性聚合物相同。在施加磁场时，每个面板表现出两轴方位旋转的特异组合。左侧显现了平面打印样本的俯视图。(照片来自：SS和DSK，MIT。)信用：

再现生物启发的多功效体系的挑战依然在于致动体系的设置。在墨鱼的致动体系的经典示例中，同一时间操控物理偏转和高分辨率外貌导致有用的生物伪装。源于在组建高维设置体积和运用新资料和自由形状几何形状生产这点设置的繁杂性，在实验室中再现这类没有缝集成的致动是麻烦的。

在当代驱动体系的例子中，资料科学家曾经开发出一个数字微镜器件，其具备数百万个相同的致动器和具备微机电体系悬臂的“千足虫”高密度数据存储体系。改良这点驱动体系以实现功耗，低占地面积和工艺可靠性是耗时的，而非匀称的执行器阵列在实验室中表现出格外的繁杂性。作为一个有前途的替代方案，拓扑改良技艺在给定的设置体积中提供自动改良的资料布置。

在日前的事业中，Sundaram等人。运用先前用作成功拓扑改良方法的模拟退火战略来设置桁架构造。尽管理论上十分通用，但该方法使难题的特征在实践中有用。在日前的方法中，Sundaram等人。考量了资料的效用，技艺十足具有生产意识。所提议的对于高分辨率，多物理和生产感知拓扑改良构架的探讨是本事业中实行的第一种战略。

科学家们运用了一个能够料理高维设置的精密生产工艺来生产合成执行器。今后，它们抉择了迅速添加剂3-D生产方法来生产致动器，以制造具备多个资料的精准，繁杂的构造。对3D打印执行器的兴趣日渐增添是源于他们在微/中尺度机器人中的速度和适用性。

执行器特性 - 力，位移和驱动带宽。(A)为了表征执行器的功能，科学家们采纳了根本设置，只做了很小的改动。这边，唯有一小部分面板厚度tp填充有MPC，用λ显示。运用大小为lp1×lp2 = 8毫米×9毫米，厚度tp = 1毫米，λ= 0.15的矩形面板和大小Wh = 0.5毫米，lh = 1毫米，th = 0.25毫米的铰链得到之下结果。 。(B)测量的四个相同装置的阻挡力显示为距离2“乘2”乘0.5“磁铁的距离以及相应的模拟结果的函数。(C)测量三个相同装置的方位偏差，作为距磁铁的距离的函数。(D)作为时间的函数的光学跟进的角位移，用于在0的频次下致动。01至10赫兹。(E)角位移幅度作为三个装置的频次的函数。(F)表观大振幅带宽取决于磁场的设计，由于致动器自身所经受的力随位移而浮动。这种图中突出显现了两种概况 - 在一个概况下，执行器所经受的力随着角位移(?)单调增添，而在另一个概况下，当面板与第一大方向对齐时，存留稳固的角位移渐变(??)。相片来自：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aaw1160 (F)表观大振幅带宽取决于磁场的设计，由于致动器自身所经受的力随位移而浮动。这种图中突出显现了两种概况 - 在一个概况下，执行器所经受的力随着角位移(?)单调增添，而在另一个概况下，当面板与第一大方向对齐时，存留稳固的角位移渐变(??)。相片来自：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aaw1160 (F)表观大振幅带宽取决于磁场的设计，由于致动器自身所经受的力随位移而浮动。这种图中突出显现了两种概况 - 在一个概况下，执行器所经受的力随着角位移(?)单调增添，而在另一个概况下，当面板与第一大方向对齐时，存留稳固的角位移渐变(??)。相片来自：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aaw1160

科学家此前曾经探寻了源于有益的结垢，高驱能源密度和没有线驱动而对软物质发展磁力驱动的特性。Sundaram等人。同一了仿生进化改良技艺，采纳自动化多资料增材生产工艺，在当前事业中迅速设置和生产高维执行器。该方法终归可行实现高维设置的全自动生产，这是机器人技艺的长久指标。

探讨人士实行了定制的按需滴定3D打印过程，以改良全个生产过程并执行生产意识的改良。它们设置了一种平面刚性构造的特定执行器，合成单元填充有透明的刚性聚合物或暗磁响应聚合物。拓扑改良器操控两种资料相关于其资料属性的放置，以实现最好利用。Sundaram等人。接下来将定制的多资料按需滴定3D打印进程与多指标拓扑改良相联合，以设置实验室中的高维致动器设置。它们缔造了一套紫外线(UV)固化油墨，具备多个成果，包括光学，磁性和机械功能，接下来对样品发展表征，以生成属性库。

将印刷的睡莲放置在流体界面处并运用永磁体致动。相片来自：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aaw1160

科学家运用了一个定制的鉴于喷墨的多资料3-D打印机。它们运用刚性丙烯酸酯聚合物(RIG)，弹性丙烯酸酯聚合物(ELA)和磁性纳米粒子聚合物复合物(MPC)以及用于喷墨印刷工艺的改良的起始油墨。在油墨沉积以后，它们运用UV-发光二极管(LED)阵列经过自由基光聚合交联油墨。这三种资料包涵广大浮动的弹性模量和资料特性，使他们能够制成柔软的接头和刚性构造，用作致动器。科学家们展现了它们的能力，并制作了多个手动设置的多资料执行器阵列。它们将设置和设置的执行器重复至少1000次重复而不会下降功能。

Sundaram等人。探讨了运用由电流源供电的电磁铁发生可调谐磁场的三维印刷多资料软磁致动器的利用。作为一个概念认证，它们开发了四个单独的花瓣，用于在空气 - 水界面子上发展磁力驱动，此中花瓣从水界面露出。为了可循环致动，它们将印刷样品放置在硅油 - 水界面子上。这点手动设置的示例起首突出了与磁致动相联合的多资料添加剂生产。该战略没有缝集成了多资料打印和拓扑改良，以展现特异的高分辨率光学特性。

执行器的拓扑改良。相片来自：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aaw1160

科学家应用仿真软件改良了多指标拓扑构造，以理解MPC(磁性纳米粒子聚合物复合资料)电池在磁力驱动中的分布。接下来它们将这类方法利用于两幅不同的绘画图像，此中包括梵高的自画像和蒙克的“呐喊”。在利用拓扑改良构架后，它们经过施加的磁场操控磁致动，以经过增添倾斜/偏转方位将图像从梵高渐渐过渡到蒙克肖像。接下来，科学家们经过长久测试对拓扑改良的执行器发展了表征。

经过这类形式，Subramanian Sundaram及其同事开发了一个拓扑改良器，以配合指标的光学特性和倾斜方位。科学家们还将鉴于按需喷墨的3-D打印与改良技艺相联合，以设置拓扑改良设置并生成高分辨率光学特性。尽管新油墨和资料的开发存留挑战，但他们可行运用该工艺生产各式资料。

探讨人士可行设置全个生产过程，经过生产感知改良来加强操控自由度。拓扑改良的执行器和随附的生产用具包可用于设置具备传感器和根本计算元件的执行器，以实现具备大范围集成和自给自足的多功效机器人/自助复合资料的长久愿景。当科学家们进一步探寻这点根本战略时，它们将能够以最少的人为干预造成多功效执行器。