在软体机器人领域，运动可预测性一直是制约发展的关键难题。尽管制造柔性机械结构并非难事，但如何让它们按照预设轨迹精准运动，始终是工程师们亟待攻克的挑战。哈佛大学研究团队近日宣布，他们通过创新3D打印技术，成功将运动指令直接嵌入材料内部，为软体机器人设计带来了革命性突破。
这项发表在《先进材料》期刊上的研究，彻底颠覆了传统制造工艺。传统方法依赖多步骤模具浇筑与组件组装，不仅耗时漫长，且难以保证运动精度。而新研发的旋转式多材料3D打印技术，通过单一旋转喷头实现多种材料同步挤出，在打印过程中直接构建出具备气动驱动功能的复杂结构。
研究团队负责人介绍，打印喷头在持续旋转中，可精确控制不同材料在丝材中的分布位置。结构外层采用高强度聚氨酯形成坚固外壳，内部则填充泊洛沙姆凝胶——这种常见于洗护产品的聚合物会临时占据气动通道空间。待打印件固化后，通过简单冲洗即可去除内部凝胶，留下精密的中空通道网络。
这些内部通道构成了机器人的"数字肌肉"。当向通道注入压缩空气或液体时，材料会按照预设的几何结构发生弯曲、扭转或伸展。每根打印丝材都可独立设置取向参数，相当于将运动逻辑直接编码进材料本体。"通过旋转喷头角度，我们就能预设机器人充气后的变形方向。"项目成员威尔特解释道。
该技术的核心优势在于其设计逻辑的重构。传统软体机器人需要分层浇筑、粘贴薄膜、密封组件等多道工序，而新方法通过单一打印路径即可完成整套驱动结构的一体成型。研究人员仅需调整打印参数，无需改造硬件设备，就能在数小时内重新设计复杂装置，较传统工艺效率提升数十倍。
验证实验中，团队打印了两个概念样机：螺旋驱动器充气后如花朵般层层舒展，关节式夹持器则能精准卷曲抓取物体。这两个部件均通过连续3D打印路径完成，无需任何后期组装。这种设计自由度为软体机器人开辟了全新应用场景，从适配人体组织的手术器械到贴合身体的可穿戴设备，再到能安全抓取易碎品的工业夹持器，都展现出广阔前景。
现已转任斯坦福大学的拉森教授指出，这项研究实现了从"功能附加"到"功能内生"的理念转变。过去运动能力需要通过额外组件实现，现在则可直接通过材料几何结构编码。这种将几何形态作为"代码"的设计范式，使工程师能像编程软件般精确控制软体结构的动态表现，为柔性机器人领域带来了根本性变革。
