当机器人不再局限于冰冷的金属外壳，而是能像生物一样灵活变形、感知环境甚至自主规避障碍时，这便不再是科幻场景。上海交通大学等团队近期在《Science Advances》发表的成果展示了这一突破：一款仅重 120g 的软机器人，通过多材料 3D 打印技术实现了驱动、传感与通信功能的无缝集成。
一、打破行业痛点：制造与集成的双重革命
传统软机器人研发长期受困于两大难题：刚性电子元件与柔性本体难以兼容，集成后易出现应力断裂或信号失效；复杂结构制造效率低下，模塑和组装耗时且难以实现多材料精准融合。
该研究给出了颠覆性的解决方案：
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 则精准沉积导电、电阻型硅胶等功能材料。整个流程从基体到电路仅需 30 分钟即可完成，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，确保机器人在拉伸、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。实测显示，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：小巧身躯的'超能力'
这款软机器人虽体型小巧，却集成了多项核心技能，实用性极强。
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、后退及左右转向。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，利用 DIW 打印的电阻型硅胶构建传感电路，分为左、前、右三个检测区域。当某区域受到触碰时，电阻变化转化为电压信号，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。更关键的是，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。
- 工艺兼容：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！
参考文献： Zixiao Zhu et al. Multimaterial 3D printed soft robots with embedded actuation and sensing. Sci. Adv.11, eadz2928(2025).