软体机器东说念主，又迎来新龙套！

凭借其独有的柔性柔顺应性，软体机器东说念主在医疗、东说念主机交互和可一稔缔造等鸿沟的后劲早已不是玄妙。但怎么快速、高效地制造出结构复杂、功能可编程的软体机器东说念主，一直是困扰着科学家们的艰辛。

传统的制造方法，如模具锻造，不仅经由繁琐、耗时，何况极地面截止了假想的解放度。现时，来自哈佛大学的盘问团队，给出了一套全新的处置有蓄意。

他们提倡了一种名为旋转多材料 3D 打印（RM-3DP）的全新制造范式，赋予了软体机器东说念主堪比"七十二变"的复杂形变才智，简略将复杂的里面气动网罗平直"打印"进软体机器东说念主的形体里，就像一次性为机器东说念主植入了可编程的"血管"和"肌肉"。

通过这种方法，他们不仅能制造出不错精准适度盘曲、扭转的纤维，还能打印出会着花的"机器花朵"，甚而是一只简略颓败适度五指、完成抓抓动作的"机器手"！

这项重磅盘问已发表在材料科学鸿沟海外顶级期刊 Advanced Materials 上。

01.

一根"管中管"：旋转打印技能揭秘

这项技能的精髓，在于一个稀零假想的 3D 打印喷头和两种协同责任的"墨水"。

思象一下，打印机挤出的不再是一根实心线条，而是一根小巧的"管中管"——也即是盘问中提到的核 - 壳结构（core-shell）长丝。

"壳"，是软体机器东说念主的形体，由一种光固化弹性体墨水组成。

"核"，则是翌日用于通气驱动的通说念，在打印时由一种稀零的"捐躯墨水"（fugitive ink）填充。

这种"捐躯墨水"是一种温敏性凝胶（Pluronic F-127），在室温打印时是固体，能默契地援救结构；而一朝制造完成，只需用 0°C 的冰水一冲，它就会已而液化并被冲走，留住一个中空的、成型的气动通说念。

更关键的是，这个里面通说念并不是对称的。通过精准假想喷头里面的几何样子（如上图 c 中的角度 φ），盘问东说念主员不错制造出不合称的通说念截面。当向这个不合称的通说念充气时，由于通说念壁厚薄不均，长丝就会向着更厚、更强韧的一侧盘曲，从而结束驱动。

而这项技能实在的"杀手锏"，是"旋转"。

打印喷头不错一边挤出材料，开云体育下载一边进行高速旋转。这意味着，盘问东说念主员不错在打印一根长丝的过程中，任性改变其里面不合称通说念的朝向。

比如，保持通说念标的不变，打印出的即是直线盘曲的驱动器。淌若在中点旋转 180 度，驱动器就会向相背标的盘曲，酿成一个 S 形。淌若一语气旋转，就能赢得一个螺旋形的驱动器。

此外，通过适度"捐躯墨水"的挤出流速（Qf），还能动态改变通说念的横截面积。流速大，通说念就粗，驱动形变就大；流速小，通说念就细，甚而不错使其果然不产生形变，成为一个"惰性"的勾通段。

这种在打印过程中对里面通说念的标的、样子和尺寸进行亚体素级别（subvoxel-level）的动态编程才智，为制造前所未有的复杂软体机器东说念主掀开了大门。

02.

从线到面：为软体机器东说念主编程"七十二变"

掌抓了这项"独门绝技"后，盘问团队运转展示他们怎么为软体机器东说念主"编程"出号称"七十二变"的各式复杂款式。

率先是一维（1D）长丝。他们打印出的单根长丝，开云app下载在充气后不错精准地盘曲成预设的曲率。推行扫尾与诡计机模拟高度吻合，评释了该方法的可臆想性和可靠性。

通过在打印旅途中编程通说念的旋转和流速，盘问东说念主员展示了多种复杂的形变模式：

周期性盘曲：通过屡次 180 度旋转，长丝在充气后会像波澜相似周期性地向不同标的盘曲。

螺旋扭转：通过一语气旋转打印（w* = -1），长丝在驱动时会扭转成一个紧密的螺旋线圈，在 83kPa 的压力下，终局角位移高达 880 度。

局部搭钮：通过在长丝中打印一小段粗通说念（高 Qf），两侧勾通细通说念（低 Qf），就酿成了一个"搭钮"。充气时，惟一"搭钮"部分会发生剧烈盘曲，盘曲角度可逾越 180 度，结束"对折"成果。运用这个旨趣，他们甚而用一根长丝打印出了一个充气后能自动折叠成线框立方体的结构。

从一维走向二维（2D），盘问东说念主员将多根长丝并列打印，构建出不错大面积形变的"名义"。

他们假想了一种"棋盘格"图案的驱动器。在这个名义上，相邻的"格子"区域里面，气动通说念的标的被设定为相背（一个朝上 θf = 0°，一个朝下 θf = 180°）。当通盘结构充气时，就会出现存的区域进取拱起，有的区域向下盘曲的奇特表象，结束了对名义形容的区域化编程适度。

这些从线到面的演示，充分评释了 RM-3DP 技能在构建具有复杂、可编程形变才智的软体结构方面的浩大后劲。

03.

"费马螺线"指路：打印出会抓抓的机器手

要制造像东说念主手相似复杂的仿生结构，光靠手动假想打印旅途是远远不够的。为此，盘问团队引入了一个浩大的算法器具——基于费马螺线（Fermat spirals）的一语气打印旅途成见算法。

这个算法不错将任性二维矢量图像（比如一朵花或一只手的笼统）自动调动成一条滚滚束缚的打印旅途。打印机沿着这条旅途一笔画下来，就能完成通盘复杂结构的填充。

团队率先以一个六瓣花朵的图案行为演示。算法生成了一语气的打印旅途，同期，RM-3DP 系统凭证旅途的走向，及时调整里面气动通说念的标的，确保所有花瓣的通说念齐朝向内侧。打印、固化、冲走捐躯墨水后，一个细巧的软体"机器花朵"便出身了。轻轻充气，花瓣就会优雅地向中心卷曲，仿佛正在绽开。

最终，团队运用该方法制造出了一只软体机器手。

盘问东说念主员将东说念主手的图像输入系统，算法自动生成了掩盖通盘手掌和五根手指的一语气打印旅途。更高明的是，他们在手指的"关键"位置，通过步履化地改变挤出流速，预设了"搭钮"结构。

最终制品是一只领有 5 个颓败气路输入的机器手。通过压力调治器，不错颓败适度每一根手指的盘曲。从伸掌，到轮番盘曲食指、中指、无名指和小指，动作畸形无邪。

为了展示其实用性，团队还将这只手固定在机械臂上，告捷地让它围绕一个泡沫小球结束了保形抓抓，并将其稳稳地从桌上拿起。

这一系列从算法假想到功能结束的齐备演示，将这项技能的后劲推向了飞扬。它不单是是一种新的制造方法，更是一套集假想、旅途成见、材料打印于一体的自动化责任经由，简略将复杂的仿生假想快速滚动为功能浩大的实体机器东说念主。

一言以蔽之，哈佛大学团队的这项责任，通过将旋转多材料 3D 打印与算法旅途成见鸠合拢，极地面拓展了软体机器东说念主的假想和制造领域，为翌日开辟更复杂、更智能、更能顺应环境的软体机器东说念主铺平了说念路。

论文运动：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202510141