由麻省理工学院探讨人士开发的自动化体系设置和3D打印繁杂的机器人部件，称为执行器，依据大批规格发展改良。简而言之，该体系自动达成人类差不多不可能手工达成的事宜。

在Science Advances上发表的一篇论文中，探讨人士经过生产致动器装置来演示该体系，这点装置机械地操控机器人体系以响应电信号 - 在不同方位显现不同的黑白图像。比如，一种执行器在平放时描绘了Vincent van Gogh的肖像。然则，当它被激活时倾斜一种方位，它描绘了着名的爱德华蒙克画作“呐喊”。

执行器由三种不同资料的拼凑而成，每种资料具备不同的浅色或深色以及诸如柔性和磁化的特性 - 其响应于操控信号操控致动器的方位。软件起首将执行器设置分解为数百万个三维像素或“体素”，每个像素都可行填充全部资料。接下来，它运转数百万次模拟，用不同的资料填充不同的体素。终归，它落在每个体素中每种资料的最好位子，以在两个不同的方位生成两个不同的图像。接下来，定制的3-D打印机经过逐层将正确的资料放入正确的体素中来生产致动器。

“咱们的终归指标是自动为全部难题寻到最好设置，接下来运用咱们改良设置的输出去制作它，”第一作者Subramanian Sundaram博士说。'18，曾是计算机科学与人力智能实验室(CSAIL)的探讨生。“咱们抉择印刷资料，寻觅最好设置，以差不多十足自动化的形式生产终归产物。”

搬动图像演示了体系可行做甚么。可是针对外貌和功效发展了改良的执行器也可行用于机器人技艺中的仿生学。比如，其它探讨人士正好设置具备致动器阵列的水下机器人皮肤，旨在模仿鲨鱼皮肤上的细菌。Denticles集体形状改变以降低阻力，从而更快，更安静地游泳。“你可行想象水下机器人的全个阵列的执行器涂在它们的皮肤外表，可行改良拖动和转动，等等，”Sundaram说。

在纸上加入Sundaram是：Melina Skouras，前MIT博士后; David S. Kim，计算生产团体前探讨员; Louise van den Heuvel '14，SM '16; 和Wojciech Matusik，麻省理工学院电气工程和计算机科学副教授，计算生产小组负责人。

导航“组合爆炸”

现在的机器人执行器变得越来越繁杂。依据利用，他们必需针对重量，效能，外貌，灵活性，功耗以及各式其它功效和功能目标发展改良。平常，行家手动计算全部这点参数以寻到最好设置。

除此之外，新的3D打印技艺此刻可行运用多个资料来组建一个产物。这意指着设置的维度变得十分高。“你剩下的便是所谓的'组合爆炸'，在这类概况下，你根本上具有如许多的资料和功能组合，你无机会估价每种组合以缔造最好构造，”Sundaram说。

在它们的事业中，探讨人士起首定制了三种聚合物资料，这点资料具备建立执行器所需的特定属性：颜色，磁化和刚性。最终，它们制造了一个近透明的刚性资料，一个用作铰链的不透明柔性资料，以及一个响应磁信号的棕色纳米粒子资料。它们将全部特征数据插入属性库中。

该体系采纳灰度图像示例作为输入，比如显现梵高肖像的平面执行器，但以精准的方位倾斜以显现“呐喊”。它根本上执行一个繁杂方式的试验和错误，有点像从新排列魔方，但在这类概况下，大约550万个体素被迭代从新配置以配合图像并满足测量方位。

开始，体系从属性库中绘制以随机地将不同的材质分配给不同的体素。接下来，它运转一种模拟，以察看该排列能否干脆和以必定方位描绘两个指标图像。假如非是，则会收到错误信号。该信号让它晓得哪些体素在标志上，哪些体素应当被改变。比如，在施加磁场时，在棕色磁性体素四周添加，移除和搬动将改变致动器的方位。可是，体系还必需考量如何对齐那一些棕色体素会作用图像。

体素的体素

为了计算每一次迭代时执行器的外貌，探讨人士采纳了一个称为“射线追踪”的计算机图形技艺，该技艺模拟光与物体相互效用的路径。模拟光束穿过每列体素处的致动器。可行用超越100个体素层生产致动器。色谱柱可行包涵超越100个体素，不同的资料序列在平坦或成必定方位时会发出不同的灰色阴影。

比如，当致动器是平的时，光束可行照射在包涵众多棕色体素的柱上，发生暗色调。可是当执行器倾斜时，光束将照射在未对准的体素上。布朗体素可能会偏离光束，而更清楚的体素可能会搬动到光束中，从而发生更轻的色调。该体系运用该技艺来对准须要处于平坦和成方位图像中的深色和浅色体素列。通过1亿次或更屡次迭代，以及几个小时到几十个小时以后，体系将寻到符合指标图像的排列。

“咱们正好相比[体素柱]在平坦或标题时的样子，以配合指标图像，”Sundaram说。“假如无，你可行换一种准确的体素与棕色体素。假如这是一种改良，咱们保存这种新的提议，并一遍又一遍地做出其它改变。”

为了生产执行器，探讨人士建立了一个定制的3D打印机，该打印机采纳了一个称为“按需喷射”的技艺。这三种资料的浴缸接连到具备数百个喷嘴的打印头，这点喷嘴可行单独操控。打印机将30微米尺寸的指定资料液滴喷射到其各自的体素位子。一朝液滴落在基板上，它就会固化。经过这类形式，打印机逐层建立对象。

Sundaram说，这项事业可行作为设置大型构造的垫脚石，比如飞机机翼。比如，探讨人士同样最初将飞机机翼分解成更小的体素块，以改良其重量和升力设置以及其它目标。“咱们还没有办法在那个尺度上打印机翼或全部东西，或运用这点资料。但咱以为这是实现这一指标的第一步，”Sundaram说。