德蒙福特大学探索用3D打印制造人造肌肉，推动新一代软体机器人

       德蒙福特大学（DMU）的一名研究员将研究 3D 打印能否为新一代软体机器人制造人造肌肉。迈萨姆・阿卜迪（Meisam Abdi）博士是英国仅有的八位获得 2026/27 年度英国皇家工程院莱弗休姆信托研究奖学金（RAEng Leverhulme Trust Research Fellowships）的工程师之一。该奖项将让他得以用最长一年时间，专注研究有朝一日能让机器人像生物体一样运动、感知并作出反应的材料与结构。

       该奖学金通过资助替补教职人员的方式，支持处于职业中期的工程师，使获奖者能够在最长一年内将大部分时间投入研究。据英国皇家工程院介绍，今年共设立八项奖学金，涵盖一系列工程挑战，包括手术机器人、人工视觉、能量收集和人工智能，此外还有阿卜迪开展的关于改善与人类交互能力的软体机器人的研究。

打印可运动、可感知、可发电的结构

       在奖学金期间，阿卜迪将设计并测试由智能材料制成的 3D 打印结构，目标是制造出一种集三项功能于一体的人造肌肉：产生运动、感知周围环境，以及从振动或机械运动中收集少量电能。研究从仿真开始。借助计算机辅助工程，阿卜迪将评估压电材料、导电材料与结构材料在不同架构下的组合方案。最有前景的设计随后会被打印出来，并在实验室中测试其对电刺激的响应。这些结构不会复制人类肌肉组织。相反，阿卜迪将利用增材制造创建 "架构化结构"—— 由几何形状决定行为方式的结构。"通过改变这些结构的材料和几何形状，我们想看看能否创造出目前自然界尚不存在的特性，" 他说。

（图片说明：迈萨姆・阿卜迪博士。图片来源：莱斯特德蒙福特大学。）

破解压电材料难题

       压电材料是这项研究的核心。它们在变形时会产生电荷，在电场作用下会改变形状，这使它们成为驱动与传感的候选材料。缺点在于，性能最好的压电材料往往刚硬易碎，而且最常见的几种材料含有铅。这些特性与柔软、灵活、更可持续的人造肌肉的需求相冲突。阿卜迪计划通过将定制配方的材料组合与专门设计的 3D 打印胞元结构相结合来应对这一问题，目标是在保持最终结构柔软、灵活的同时达到所需性能。

机器人为何需要 "变软"

      这项研究顺应了机器人应用场景的转变。大多数机器人仍依赖刚性机械部件，但它们正越来越多地被期望在医院、护理机构、家庭和工作场所与人类并肩工作，而在这些环境中，更柔软、适应性更强的机器会更安全。活体肌肉提供了一个范本，因为它能同时完成运动、感知和对刺激的反应。"如果我们希望人们能在医院等场所与机器人安全交互，就需要摆脱完全刚性的结构，" 阿卜迪说。他坦言，尽管软体机器人领域已有大量研究，但要在一个人造结构中复现肌肉的多项功能，仍是一项重大挑战。他在奖学金期间的目标，是制作出一个能够展示可能性、并为后续研究奠定基础的原型。

为更安全的机器人而生的 3D 打印肌肉

         阿卜迪的策略是利用增材制造设计结构，使性能由几何形状（而非仅仅是材料）决定。他所瞄准的空白是：软体机器人仍缺少能在单一结构中实现运动、感知和能量收集的肌肉；同时，性能最佳的压电材料又过于刚硬、脆弱或含铅，无法胜任这一角色。其他研究人员也在借助 3D 打印，将类似肌肉的驱动功能直接构建进材料本身。在哈佛大学，珍妮弗・刘易斯（Jennifer Lewis）的实验室利用旋转式多材料 3D 打印，制造出能像生物肌肉一样弯曲和收缩的纤维丝。这种纤维丝将一种主动式液晶弹性体与一种被动式弹性体配对，其形状变化在打印过程中即被编程设定。

（图片说明：用于过滤和抓取物体的主动 — 被动点阵结构。图片来源：Mustafa K. Abdelrahman 等人，《美国国家科学院院刊》（PNAS）。）

        麻省理工学院（MIT），研究人员开发出一项用于制造多方向人造肌肉组织的生物制造技术。该技术利用 3D 打印的印章，在柔软的凝胶上压印出引导肌肉细胞生长的沟槽图案。该团队指出，在软体机器人领域，基于肌肉的驱动器可成为刚性部件的高能效替代方案。在单一打印结构中实现运动、感知与能量收集，仍是一项重大挑战。阿卜迪的奖学金项目旨在证明，这三者可以在一个原型中初步融为一体。

      来源：中国3D打印网编译文章！