在軟體機器人領(lǐng)域，運動可預(yù)測性長期是制約技術(shù)突破的關(guān)鍵瓶頸。盡管柔性機械的制造工藝已相對成熟，但如何讓這些設(shè)備按照預(yù)設(shè)軌跡精準運動始終困擾著科研人員。哈佛大學研究團隊近日宣布，通過開發(fā)新型3D打印技術(shù)，成功將運動控制指令直接嵌入材料內(nèi)部，實現(xiàn)了軟體機器人驅(qū)動方式的革命性突破。

這項發(fā)表在《先進材料》期刊的研究成果，徹底顛覆了傳統(tǒng)制造流程。研究團隊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)式多材料打印系統(tǒng)，通過單一噴頭同步擠出兩種材料：外層采用高強度聚氨酯構(gòu)建堅固外殼，內(nèi)層則注入可溶解的泊洛沙姆凝膠。這種常見于洗護產(chǎn)品的凝膠在打印件固化后能被完全清除，留下精密的中空通道網(wǎng)絡(luò)。

項目負責人杰克遜·威爾特解釋稱，噴頭在打印過程中持續(xù)旋轉(zhuǎn)的特性，使研究人員能夠精確控制材料在纖維中的分布方向。這種螺旋狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當于為機器人植入了可編程的"肌肉組織"，當向通道注入壓縮空氣或液體時，材料會按照預(yù)設(shè)的幾何參數(shù)產(chǎn)生彎曲、扭轉(zhuǎn)或伸展等復雜動作。

實驗驗證階段，研究團隊展示了兩個概念性產(chǎn)品：螺旋驅(qū)動器在充氣后能像花朵般層層舒展，而關(guān)節(jié)式夾持器則可精準抓取易碎物品。這兩個部件均通過連續(xù)打印路徑一體成型，完全摒棄了傳統(tǒng)制造中零件組裝、薄膜粘貼等繁瑣工序。更令人矚目的是，設(shè)備重構(gòu)僅需調(diào)整數(shù)字模型參數(shù)，復雜裝置的設(shè)計周期從數(shù)天縮短至數(shù)小時。

該技術(shù)的核心創(chuàng)新在于將運動邏輯直接編碼進材料結(jié)構(gòu)。前博士后研究員娜塔莉·拉森指出，過去軟體機器人的運動功能需要通過附加組件實現(xiàn)，而新系統(tǒng)使幾何結(jié)構(gòu)本身成為控制代碼。這種設(shè)計范式轉(zhuǎn)變不僅簡化了制造流程，更開創(chuàng)了"所見即所得"的軟體機器人開發(fā)模式。

醫(yī)療領(lǐng)域已展現(xiàn)出對該技術(shù)的濃厚興趣。可定制化通道網(wǎng)絡(luò)能夠完美匹配人體組織形態(tài)，為開發(fā)智能手術(shù)器械和康復輔助設(shè)備提供了新思路。工業(yè)界則看好其在精密操作場景的應(yīng)用潛力，特別是需要溫柔抓取的電子元件組裝和文物修復等領(lǐng)域。

研究團隊強調(diào)，這項突破并不依賴特殊硬件設(shè)備，現(xiàn)有3D打印機通過升級軟件即可實現(xiàn)功能擴展。隨著材料科學的進步，未來可能出現(xiàn)具備自修復能力的智能通道，或能響應(yīng)溫度、光照等多維度刺激的復合驅(qū)動系統(tǒng)，這將進一步拓展軟體機器人的應(yīng)用邊界。