未来可能会充满按订单打印的柔软机器人

将明胶和糖浆混合在一起可以制作出美味的 20 世纪甜点。但它也是凝胶状物质的基础，未来可以制造出便宜、可弯曲且可持续的机器人。

奥地利林茨约翰内斯开普勒大学的科学家用明胶和其他材料制作了一个类似触手的机器人手指，这些材料可能在你家附近的商店里找到。他们把这些原料煮熟，然后用 3D 打印机制作出手指。他们于 2 月 2 日在《科学机器人》杂志上发表了他们的研究成果。

你可能习惯于将机器人视为由金属、陶瓷和其他硬质材料制成的刚性结构。这些机器可以制造汽车和外骨骼。但还有其他类型的机器人，它们由更柔顺的材料制成，可以弯曲以适应周围环境。

这是软体机器人不断发展的世界。在不久的将来，软体机器人可能会进入人体，它们的灵活性可以使手术工具适应不同的体形。无论是在地球还是其他星球，软体机器人都可能模仿海洋生物并潜入海底。

但即使这些柔软的机器人可以像鱼一样游来游去，它们工作的材料通常是塑料等聚合物，既不可再生也不环保。而明胶则可以自然生物降解，不会留下任何痕迹。因此，像林茨这样的机器人制造商几年来一直在研究基于明胶的材料。

但明胶还带来了一些你可能想不到在机器人实验室中会出现的挑战。由于明胶本质上是糖和蛋白质，因此很容易滋生霉菌。当凝胶中的水分干涸时（在非常干燥的环境中，这种情况是可以预见的），凝胶就很难加工。

“它太脆了，”瑞士 EFPL 物理学家、新论文的研究人员之一 Florian Hartmann 说道。“所以，只要稍微拉伸一下，它就很容易断裂。”

林茨团队的配方解决了其中的一些难题。除了明胶和糖，他们还添加了柠檬酸，这可以改变材料的 pH 值，防止微生物过早地吞噬它。他们还混入了甘油，这有助于凝胶保持水分。通过这些升级，这种材料可以拉伸至原始长度的六倍，同时仍能保持其结构。林茨团队于 2020 年首次公布了这一配方。

哈特曼说：“我们坚持不懈，尝试制造性能更强大、功能更强大的复杂机器人。”

这就把他们带到了今天。与之前大多数明胶制造商不同，他们通常使用模具来制造部件，就像在厨房里做的那样，林茨的研究人员改造了一台 3D 打印机来使用他们的明胶物质。

3D 打印软机器人目前是一项前景广阔但成果寥寥的技术。部分问题在于，所使用的少数聚合物需要很长时间才能沉淀和固化，这意味着打印它们需要花费不切实际的时间。但明胶有一个优势：作为一种蛋白质，它可以比聚合物更快地结晶并制作出可行的打印件。

普渡大学工程师拉姆西斯·马丁内斯 (Ramses Martinez) 表示：“通过 3D 打印机制造出完全可生物降解的东西——我相信这是一个非常有趣的方法。”他没有参与这篇论文。

为了让手指动起来，林茨团队用一种包含乙醇和虫胶（一种用于非常古老的唱片的树脂）的材料制成的外骨骼包裹了手指。这些条带可以感应光线在手指和周围空气之间穿过时发生折射或弯曲的情况。

这样就可以通过向 3D 打印的明胶手指施压来控制它。流动的空气改变了光线穿过它的角度，从而使条带随之摆动。林茨团队使用包含 Raspberry Pi 和 PlayStation 4 控制器的系统来控制手指。在他们的实验中，他们能够让它将物体推离周围环境。

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哈特曼不确定这根手指在实验室外的表现如何。明胶在开始融化之前可以达到约 140 华氏度，并且需要经过更多调整才能与水接触。但好消息是，由于它由广泛可用的材料制成，因此很容易制造更多材料用于进一步测试。

马丁内斯说：“我相信，你可以将这项技术应用于与蛋白质相关的一切事物。”这可能包括用于制造食品的机器人部件，以避免非有机部件带来的安全风险。哈特曼还设想将其用于机器人玩具，以最大限度地减少对儿童的伤害，或用于弹出式艺术装置，使其易于处理。

马丁内斯补充说，明胶机器人可用于进入敏感环境，例如高放射性区域，操作员必须在减少自身伤害与防止进一步污染之间取得平衡。“你只是不想把它们带回来再回收，”他说。“所以，对于这些影响，拥有一些可以降解并真正生物降解的东西，将会非常有趣。”

明胶机器人可能永远无法举起足够的重量来制造汽车。但正如这根手指所展示的那样，机器人能做的事情远不止这些。