2 月 9 日消息，工程師們在談論軟體機器人時，精度往往是最欠缺的一環。制造柔性機械從來都不是難題，真正的挑戰在于讓它們的運動具備可預測性。如今，哈佛大學的一支研究團隊表示，他們借助一種 3D 打印技術攻克了這一難題，該技術能將運動指令直接“編碼”到材料內部。

這項發表于《先進材料》（Advanced Materials）的研究，取代了傳統軟體機器人制造中緩慢、多步驟的模具澆筑與成型工藝。研究人員研發出一種 3D 打印結構，只需向內置通道中注入空氣，就能讓結構按照程序設定精準扭轉、卷曲或彎曲。

該研究源自珍妮弗 · 劉易斯的實驗室，她是多材料打印領域的先驅人物。研究生杰克遜 · 威爾特與前博士后研究員娜塔莉 · 拉森，將實驗室多項現有技術整合，開發出旋轉式多材料 3D 打印技術：通過單一旋轉噴頭，實現多種材料同步擠出成型。

打印過程中噴頭持續旋轉，研究人員可精準控制每種材料在打印絲材中的分布位置，如同在管道內部繪制螺旋結構。結構外層采用高強度聚氨酯材料，形成堅固耐用的外殼。

內部填充一種名為泊洛沙姆的凝膠狀聚合物（常見于洗護產品），它會臨時占據后續氣動通道的空間。打印件固化后，內部凝膠可被輕松沖洗掉，留下形狀精密的中空通道。

這些通道相當于可編程的“肌肉”。加壓后，空氣或液體在通道內流動，驅動結構按預設方式彎曲、扭轉或伸展。每根絲材可設置不同取向與幾何結構，相當于將運動邏輯直接嵌入材料本身。“我們用單一噴頭擠出兩種材料，通過旋轉噴頭，就能預設機器人充氣后的彎曲方向。”威爾特介紹道。

該技術的簡潔性徹底重構了軟體機器人的設計邏輯：無需再分開制造零部件，分層澆筑、粘貼薄膜、密封組件等工序全部省略，打印機可一步成型完成整套驅動結構的制作。

該流程無需重構硬件設備，只需調整打印參數即可。過去需要數天組裝的復雜裝置，如今僅需數小時就能完成重新設計。

為驗證實際效果，研究人員打印了兩個概念性部件：一個是充氣后如花朵般舒展的螺旋驅動器，另一個是帶有關節指節、可卷曲抓取物體的夾持器。兩款樣機均通過連續 3D 打印路徑一體成型。

據了解，這項技術的應用前景遠超工業機器人領域：這種可編程柔性結構，可用于適配人體組織的手術器械、貼合身體的可穿戴輔助設備，或是能抓取易碎物品的工業夾持器。

現已加入斯坦福大學任教的拉森認為，這是該領域的理念性變革。過去，運動功能是后續附加在機器人上的部件；而她與威爾特提出，如今功能可直接被“打印進”機器人本體。該技術本質上是用幾何結構作為代碼，讓設計者能直接控制軟體結構充氣后的運動表現。