軟體(ti) 機器人是一類由柔性材料製成的機器人係統，能夠安全地適應複雜的環境。最近軟體(ti) 機器人領域快速增長，出現了各種各樣的設計，涵蓋從(cong) 米到亞(ya) 微米的多種尺寸的機器人。

特別是，毫米級的小型軟體(ti) 機器人具有實際意義(yi) ，因為(wei) 它們(men) 可以設計為(wei) 僅(jin) 由氣動壓力驅動的微型致動器的組合。它們(men) 也非常適合在狹窄區域中導航和操縱小物體(ti) 。

然而，將軟體(ti) 氣動機器人縮小到毫米，會(hui) 導致更精細的特性減少一個(ge) 數量級以上。這種機器人的設計複雜性在用傳(chuan) 統工藝（例如模塑和軟光刻）製造時，需要非常精細。雖然數字光處理（DLP）等新興(xing) 的3D打印技術具有很高的理論分辨率，但在不造成堵塞的情況下處理微尺度的空洞和通道仍然是一項具有挑戰性的工作。實際上，3D打印微型軟體(ti) 氣動機器人的成功例子很罕見。

最近，由南方科技大學、浙江大學以及新加坡科技與(yu) 設計大學（SUTD）的研究人員組成的研究小組，提出了一個(ge) 指導DLP 3D打印的通用工藝流程，用於(yu) 3D打印尺寸為(wei) 2-15 mm，特征尺寸為(wei) 150-350μm（見下圖）的軟體(ti) 機器人的微型氣動執行器。他們(men) 的研究成果近期發表在《Advanced Materials Technologies》上。

研究人員提出了一種通用的工藝流程，用於(yu) 指導小於(yu) 硬幣的微型軟體(ti) 氣動執行器的3D打印。帶有集成微型抓手的柔軟碎屑清除器可以實現在狹窄空間內(nei) 的導航以及在難以到達位置收集小物體(ti) 。

“我們(men) 利用DLP 3D打印的高效率和分辨率來製造微型軟體(ti) 機器人執行器。”研究項目首席研究員南方科技大學副教授葛錡說：“為(wei) 了確保打印產(chan) 品的可靠打印保真度和機械性能，我們(men) 引入了一種用於(yu) 係統有效地定製材料配方和關(guan) 鍵工藝參數的新模式。”

在DLP 3D打印中，通常將吸光劑加入到聚合物溶液中以增強橫向和縱向的打印分辨率。與(yu) 此同時，劑量過量會(hui) 導致材料彈性迅速退化，這對軟體(ti) 機器人維持大變形至關(guan) 重要。

“為(wei) 了實現合理的權衡，我們(men) 首先選擇了一種在投射紫外光波長下具有良好吸光度的吸光劑，並根據機械性能測試確定了合適的材料配方。接著，我們(men) 對固化深度和XY保真度進行了表征，以確定曝光時間和切片層厚度的合適組合。”來自新加坡科技與(yu) 設計大學的共同第一作者張元芳解釋說。

“通過遵循這一工藝流程，我們(men) 能夠在自建的多材料3D打印係統上生產(chan) 各種結構和變形模式的微型軟體(ti) 氣動機器人執行器，它們(men) 均小於(yu) 一枚硬幣。該方法應該與(yu) 商業(ye) 立體(ti) 光刻（SLA）或DLP 3D打印機兼容，不需要進行硬件修改。”葛錡教授說。

南方科技大學副教授葛錡

為(wei) 了舉(ju) 例說明潛在的應用，研究人員還設計了一種柔軟的碎屑清除器，包括一個(ge) 連續作業(ye) 機械手和一個(ge) 3D打印的微型軟體(ti) 氣動夾具。它可以在狹窄的空間中導航，並在難以到達的位置收集小物體(ti) 。

他們(men) 開發的工藝為(wei) 具有複雜幾何形狀和複雜多材料設計的3D打印微型軟體(ti) 機器人鋪平了道路。將打印微型軟體(ti) 氣動執行器集成到機器人係統中為(wei) 潛在應用提供了機會(hui) ，例如噴氣發動機維護和微創手術等。