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30 分钟打印！多材料3D打印软机器人内置驱动 + 自主避障

news 2026/5/12 3:21:39

当机器人不再是冰冷坚硬的金属外壳，而是能像生物一样灵活变形、感知环境，甚至自主规避障碍 —— 这不是科幻电影场景，而是上海交通大学等团队最新发表在《Science Advances》上的科研突破！

这款重量仅 120g 的软机器人，通过多材料 3D 打印技术实现了驱动、传感、通信功能的无缝集成，既能被手指手势远程操控，又能独立穿越迷宫，为搜救探测、工业巡检等复杂场景提供了全新解决方案。

*本文只做阅读笔记分享*

一、打破行业痛点：软机器人的"集成+制造"双重革命

传统软机器人研发长期受两大难题制约：一是刚性电子元件与柔性本体 "水火不容"，集成后易出现应力断裂、信号失效；二是复杂结构制造低效，模塑、组装等方法不仅耗时，还难以实现多材料精准融合。

本研究给出了颠覆性解决方案：

一体化3D打印技术：创新融合数字光处理（DLP）与直接墨水书写（DIW）技术，DLP 负责打造精度达 50μm 的复杂柔性基体，DIW 精准沉积导电、电阻型硅胶等功能材料，30 分钟即可完成从基体到电路的全流程打印，无需后续组装。

抗变形结构设计：通过晶格超材料、波浪形互连件和离散化 PCB 三大设计，让机器人在拉伸、压缩、扭转等大变形下仍保持机电稳定。离散化 PCB 减少应力集中，波浪形电路提升柔性，晶格结构可缓冲冲击，即使承受 40% 应变，内置 LED 电路仍能正常发光。

二、硬核功能拆解：小小机器人的"超能力"

这款软机器人虽体型小巧，却集齐了多项核心技能，实用性拉满：

1.多模态运动：灵活走位无压力

软执行器采用 2 行 3 列的足部设计，每个足部是厚度不对称的三角形结构（左壁 1.1mm、右壁 0.8mm），通过独立控制 3 个气动通道的负压信号，可实现前进、后退、左右转向等运动。当施加 - 62kPa 负压时，足部弯曲角度可达 45°，通过调控通道驱动时序，机器人能在平面自由移动。

2.触觉-视觉反馈：碰一碰就"说话"

设计 3/4 环形软传感器，通过 DIW 打印的电阻型硅胶构建传感电路，将传感器分为左、前、右三个检测区域。当某区域受到触碰时，电阻变化会转化为电压信号，经蓝牙模块传输至控制器，触发对应颜色的 LED 提示 —— 红色代表左侧触碰、绿色代表前方触碰、蓝色代表右侧触碰。经过 20 次循环变形测试，传感器响应稳定，阈值精度可达 ±0.01V。

3.手势遥控：指尖操控黑科技

研发手指佩戴式遥控器，内置惯性测量单元（IMU），用户通过手指上下移动、旋转等手势即可远程操控机器人运动。遥控器的拉伸连接器让手指弯曲、分离时仍能稳定传输信号，操作自然无束缚。更厉害的是，即使机器人遭受按压、拍打、撞击等外力冲击，其运动功能与反馈系统仍能正常工作。

4.自主避障：迷宫探险不迷路

机器人搭载定制化微型 PCB，集成蓝牙模块、IMU 和 3 个飞行时间（TOF）传感器，可实时监测周围环境距离（阈值 60mm）。在 S 形迷宫和死胡同场景中，机器人能通过 IMU 追踪航向，结合 TOF 传感器数据自主规划路径，完成转向、倒退、绕行等动作，无需人工干预即可抵达目标位置。

三、技术细节揭秘：材料与工艺的精准把控

这款软机器人的成功，离不开对材料和工艺的极致追求：

柔性基体采用 TangoPlus 与 EAA 按 6:4 比例混合的 TEAA 树脂，兼顾柔性与结构稳定性；

导电电路选用导电硅胶（K867，电导率 90S/cm），传感电路采用电阻型硅胶（K868，电导率 26S/cm），通过 DIW 技术精准沉积于 DLP 预留通道中；

为解决 DLP 与 DIW 工艺的兼容性问题，引入气刀清除残留树脂，确保导电硅胶与 PCB 焊盘的可靠连接，当预留通道宽度与 DIW 喷嘴直径匹配时，可实现完全填充。

四、未来可期：从实验室走向更多场景

该研究提出的设计与制造框架，不仅突破了传统软机器人的集成与制造限制，更拓展了其应用边界。未来，通过优化 DLP 投影面积可实现更大尺寸机器人的制造，而柔性 PCB 的替代使用、内置微型泵的集成等改进，将进一步提升机器人的灵活性与续航能力。

这款集自主运动、触觉感知、无线通信于一体的软机器人，有望在搜救探测、工业巡检、人机交互等领域发挥重要作用。随着多材料 3D 打印技术的持续迭代，软机器人将朝着更小型化、智能化、多功能化的方向发展，为更多复杂场景提供创新解决方案！