盖世汽车讯 据外媒报道，哈佛大学（Harvard）的工程师们开发了一种新的3D打印技术，该技术让软体机器人在充气时能够以可预测的方式弯曲、扭转和改变形状。该方法将形状变形行为直接嵌入到打印结构中，消除了长期以来困扰软体机器人设计的诸多猜测。

图片来源：哈佛大学

软体机器人通常由柔性且生物相容性材料制成。从外科手术到工业搬运等领域，软体机器人的应用越来越受欢迎，但控制这些机器的运动仍然是一个难题。传统制造工艺依赖于模具、分层铸造和表面图案化的气道，这使得定制过程缓慢且复杂。

哈佛大学开发的新方法用单一的3D打印工艺取代了之前的步骤，该工艺可制造出长而柔韧的丝状物，这些丝状物内含有精确定位的空心通道。当空气被泵入这些通道时，该结构会按照预先设定的特定方向弯曲。

这项研究由哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences）Jennifer Lewis实验室的研究生Jackson Wilt和前博士后研究员Natalie Larson领导。研究成果发表于期刊《Advanced Materials》。

该团队将Jennifer Lewis实验室开发的几种现有打印技术整合为一种单一的制造方法，无需模具即可实现快速的设计变更。其中的关键在于一种称为旋转式多材料3D打印的工艺，它使用单个喷嘴一次打印多种材料。通过在打印过程中旋转喷嘴，研究人员可以控制不同材料在单个丝状物中的位置。

利用这种方法，该团队打印出了具有坚韧的聚氨酯外壳和可拆卸内芯的丝状物，内芯由一种常见于美发产品的凝胶状聚合物制成。研究人员通过调整喷嘴旋转速度、流量和几何形状，能够高精度地控制内通道的方向、大小和形状。外壳凝固后，内部凝胶被冲走，留下空心通道。这些通道如同内置的气动通道，加压后即可驱动运动。根据通道的位置，丝状物能够以可预测的方式弯曲、扭曲或收缩。

Jackson Wilt说：“我们使用来自同一出口的两种材料，可以旋转这些材料来控制机器人充气时的弯曲方向。我们的目标是创造可用于各种应用的软体仿生机器人。”

与传统的软体机器人制造方法不同，该方法无需浇铸、密封和多步骤组装。只需更改打印参数即可快速修改设计，而无需重新制作模具。

为了展示这项技术，研究人员通过连续路径打印了一个螺旋状、花朵状的致动器。该致动器在充气后即可展开和卷曲。他们还制作了一个手形抓取器，有五个手指和清晰的指关节，展示了如何在一次打印中实现复杂的铰接运动。

图片来源：哈佛大学

由于这些结构是由柔性且可能具有生物相容性的材料打印而成，因此该技术在外科手术机器人、辅助设备以及人机界面等领域都能发挥作用。快速定制运动的能力也可能使用于处理易碎物品的软体制造工具受益。

这项技术提供了一种新的软体机器人设计思路，即将功能直接嵌入打印材料中，而不是稍后添加。