它們外觀不同，但卻使用了同一技術(shù)——“花式氣球”泡泡鑄造法。11 月 10 日，相關(guān)論文以《泡泡鑄造軟機(jī)器人》（Bubble casting soft robotics）為題發(fā)表在 Nature 上，并成為當(dāng)期封面論文。

所有機(jī)器人都需要一個(gè)可引起運(yùn)動(dòng)的部件，也叫作執(zhí)行器。剛性機(jī)器人是根據(jù)關(guān)節(jié)以固定方式進(jìn)行移動(dòng)，而軟體機(jī)器人在移動(dòng)方式上，具有更多想象力。 

軟體機(jī)器人，是由可延展材料制成的機(jī)器人。它可進(jìn)入和繞行一般硬體機(jī)器人無(wú)法觸達(dá)的地方。設(shè)計(jì)時(shí)的最大困難在于控制拉伸方式和變形方式，這決定著它的移動(dòng)方式。

盡管它的應(yīng)用前景不錯(cuò)，但目前許多軟體機(jī)器人的柔軟 “身體” 卻不得不被剛性驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，任務(wù)執(zhí)行的效果往往會(huì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)以及效果大打折扣 。

為構(gòu)建更實(shí)用的軟體機(jī)器人，已有科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出軟體驅(qū)動(dòng)器，來(lái)讓機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)軟體化。但此前要想實(shí)現(xiàn)這一目的，通常需要 3D 打印機(jī)、或激光切割機(jī)等昂貴設(shè)備。

而文章開(kāi)頭動(dòng)圖中的軟體機(jī)器人，搭載了科學(xué)家最新發(fā)明的新技術(shù)——“花式氣球”泡泡鑄造法，上述難題也借此被攻克。

“花式氣球”啟發(fā)一篇 Nature 封面論文

該研究由普林斯頓大學(xué)化學(xué)與生物工程系的團(tuán)隊(duì)完成，這是一種使用“花式氣球”法來(lái)制造軟體機(jī)器人的新方法。在充氣時(shí)，氣球能以可預(yù)測(cè)的方式改變自身形狀。

以可握住水果的軟體手指為例，這是能像肌肉一樣收縮的手指，當(dāng)給它施加空氣時(shí)還可以單獨(dú)彎曲。

研究中，將氣泡注入液態(tài)聚合物、也就是橡膠之中，以便在模具的整個(gè)長(zhǎng)度上形成一個(gè)長(zhǎng)氣泡。一旦聚合物凝固，它就可以彎曲、移動(dòng)和抓住東西。然后。隨著彈性體由于重力作用漸漸沉入到底部，氣泡則會(huì)慢慢上升到頂部。

然后向氣泡頂部周?chē)谋∧こ錃?，隨著薄膜尺寸的增加，氣泡就會(huì)包裹在硬底部的周?chē)?/strong>也就是說(shuō)隨著氣泡上升，一層彈性體薄膜便留在其上方，但大部分液態(tài)彈性體最終會(huì)落入下方。

具體來(lái)說(shuō)，泡泡鑄造技術(shù)利用了流體的物理特性。在制造過(guò)程中，使用管狀物或螺旋狀物作為模具，將空氣泵入液態(tài)聚合物中就可產(chǎn)生氣泡，當(dāng)聚合物凝固時(shí)，氣泡則會(huì)漂浮到頂部。一旦這些彈性體硬化，就可將其從模具中取出、并向其充氣。其中貼近氣泡一側(cè)的薄面，會(huì)在較厚的底座上拉伸并卷曲。

當(dāng)液態(tài)聚合物被注入到模具中，模具的形狀可以十分簡(jiǎn)單比如管狀，也可以十分復(fù)雜，比如螺旋狀物或其他更復(fù)雜的形狀。

如果在液體聚合物固化前留有更多的時(shí)間，最終形成的頂部薄膜可以更薄。薄膜越薄，在給

通過(guò)控制相關(guān)因素，例如涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度、以及液態(tài)聚合物固化所需的時(shí)間等，即可控制所生產(chǎn)出來(lái)的致動(dòng)器將如何移動(dòng)。也就是說(shuō)，這一移動(dòng)取決于流體力學(xué)。

另外該系統(tǒng)也是可擴(kuò)展的，它既能生產(chǎn)出幾米長(zhǎng)的執(zhí)行器，也可以生產(chǎn)出薄至 100 微米，幾乎和人的頭發(fā)一樣細(xì)的執(zhí)行器。

并且，執(zhí)行器在充氣時(shí)會(huì)變形。相比之下，其他軟體機(jī)器人系統(tǒng)則通常會(huì)使用磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度或濕度變化來(lái)讓執(zhí)行器產(chǎn)生變形。

在該工作中，該團(tuán)隊(duì)把大量時(shí)間花在弄清楚機(jī)器人充氣后的行為方式，為的是設(shè)計(jì)出具有特定運(yùn)動(dòng)特征的軟體驅(qū)動(dòng)器，以及能用一種任何人都能學(xué)會(huì)的簡(jiǎn)單方程來(lái)預(yù)測(cè)會(huì)接下來(lái)將會(huì)發(fā)生什么。

特別值得注意的是，研究中出現(xiàn)的薄膜，可以?xún)?yōu)化偏心空隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在彎曲系數(shù)方面也強(qiáng)于多數(shù)充氣執(zhí)行器。

泡泡鑄造的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于其成本優(yōu)勢(shì)，它不需要 3D 打印機(jī)、激光切割機(jī)或其他通常用于軟體機(jī)器人生產(chǎn)所需的價(jià)格昂貴的工具。除了空氣之外，這些軟體機(jī)器人還可通過(guò)磁性、電流或溫度和濕度的變化來(lái)激活。 

這些新功能將在軟物質(zhì)通信系統(tǒng)中產(chǎn)生較大反響，可讓下一代機(jī)器人材料更容易移動(dòng)，并可以與環(huán)境交互，同時(shí)又能讓其復(fù)雜性保持在易處理的水平。