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2025-07
林茨大学：“甜蜜的”3D打印软体机器人？
谈起明胶，大家应该并不陌生，从胶片、食品、化妆品到药品，明胶可谓是无处不在。奥地利林茨约翰内斯开普勒大学的科学家们在2月2日的Science Robotics 杂志上发表了一项最新研究成果，即用明胶和糖浆制造出一种类似果冻的凝胶墨水，然后用3D打印机打印出触手状的机械手指。
人们可能习惯于认为机器人都是由金属、陶瓷和其他坚硬材料构成的刚性结构，其实也有其他由顺应性更好的软材料制成的软体机器人。在大多数情况下，软体机器人都是由不可生物降解的材料制成的，因为可生物降解的材料有局限性，包括在水中的溶解、成型和有限的使用寿命。然而明胶自然降解速度快，不仅对环境无害，甚至还可食用。
但明胶也带来了其他挑战。因为它本质上是糖和蛋白质，容易吸引霉菌。当含水量变少时，会很难用；而且凝胶比较脆，稍微拉伸一下就容易折断。研究团队避开了这些挑战，除了明胶和糖，他们还在配方里添加了柠檬酸，可以改变材料的pH值，防止过早发霉；还混合了甘油，有助于凝胶保持水分并更具弹性。通过这些升级，使其弹性可以被拉伸到原来长度的六倍，同时保持结构完整。
明胶还有一个优势，即作为一种蛋白质，它可以结晶，能比其他软质聚合物更快地凝固，也就更适合于3D打印。打印过程中，要先将其加热到柔软的程度，使其可以通过打印喷嘴喷出，再在寒冷的房间中运行打印机，让墨水迅速凝固。
为了测试他们的方法，该团队首先创建了一个软气动执行器，接着打印了与 LED 灯配合使用的可拉伸波导传感器。然后将波导与执行器结合起来，创造出一个功能强大的软体机器人。接下来，他们将三个波导连接在一起，并将它们连接到一个按钮控制器上，然后该控制器可用于改变波导的变形程度。
通过这种高精度的传感器网络，就能实时获取执行器的弯曲状态，感知到与周围物体的接触事件的信息。加入一些简单的搜索和擦拭程序时，软体机器人就能自主地定位其周围的障碍物，并通过推动将其移除。这种材料所带来的高度可重复性、更自由的弯曲程度以及更高的灵敏度使得软体机器人能更好地应用在手术工具、康复设备、抓手、行走和游泳机器上。
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