軟體機器人的出現，帶來了控制這些系統的底層射流有關的新挑戰。在此，來自美國馬里蘭大學的Ryan D. Sochol等研究者，介紹了一種通過PolyJet三維(3D)打印在單個打印運行中，由完全集成的射流電路組成的增材制造統一軟體機器人的策略。相關論文以題為“Fully 3D-printed soft robots with integrated fluidic circuitry”發表在Science Advances上。

論文鏈接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabe5257

在過去的十年里，軟體機器人領域已經確立了自己的地位，因為它特別適合使用傳統的、剛性的機器人很難或不可能實現的應用。依賴于由射流手段(如液壓和/或氣動)驅動的柔順材料，給軟體機器人帶來了一些固有利益，特別是在人機交互的安全性、低成本和在操作復雜和/或精密物體的結構適應性方面。然而，目前軟體機器人應用的一個關鍵障礙是，要求增加獨立操作的軟體執行器(或自由度)的數量，通常要求相等或更多的不同控制輸入。為了減少或消除這種外部控制方案的需要，研究人員已經研究了一系列通過射流邏輯增強軟體機器人自主性的方法。

與人工將獨立的射流電路連接到軟體機器人上的研究相反，人們對將這些功能直接嵌入軟體機器人系統的能力越來越感興趣。特別值得注意的是Wehner等人報道的一種混合策略，即，使用基于無塵室的多層軟光刻協議來制造微流控振蕩器，然后利用各種制造技術，如計算機數控加工、多材料鑄造、嵌入式犧牲式直接墨水書寫、熱固化/疏散過程，激光切割，最終實現一個可以周期性驅動的不受束縛的軟“章魚機器人”。然而，由于依賴于基于軟光刻的射流電路，這種制造方法尚未在軟體機器人領域得到廣泛采用。此外，雖然研究人員已經證明了射流閥的廣泛功能，但基于這種制造方法，實現更復雜的功能，特別是基于壓力增益操作的功能并不簡單。

為了在更大的規模上繞過上述挑戰，Rothemund等人引入了軟雙穩態閥，作為射流模擬電子Schmitt觸發器。遺憾的是，目前的改進方法，都沒有辦法有效解決上述挑戰。因此，制造基于射流電路的軟體機器人的替代方法，仍然是關鍵需求。

在此，研究者提出了一種新的策略，即通過多材料“PolyJet三維(3D)打印”，在單個打印過程中增材制造統一的軟體機器人系統和完全集成的射流電路(圖1)。最初，模塊化的組件，如射流電路元件、互連、訪問端口以及軟體機器人作動器和結構部件(圖1A)，可以在計算機輔助設計(CAD)軟件中進行設計和組裝，生成具有完全集成的射流電路的軟體機器人的三維模型(圖1B)。雖然研究人員已經在軟體機器人和射流電路領域廣泛使用了增材制造技術，但研究者認為PolyJet 3D打印是唯一適合同時制造兩類系統作為統一實體的技術。PolyJet打印是一種基于噴墨的(材料噴射)過程，其中，多個光反應性和犧牲支撐材料被平行分配(與連續的紫外線劑量)，以逐行、一層一層的方式產生3D物體。

在這項工作中，研究者通過增材制造了完全集成的軟體機器人系統，即，包括所有的軟執行器；車身特征(任意設計)；和射流電路元件，互連和端口-在一次打印運行(圖1C和D及相關動畫)。該過程需要同時印刷三種不同的材料：(i)順應性光聚合物(圖1C，黑色)；(ii)剛性光塑材料(圖1C，白色)；(iii)犧牲的水溶性支撐材料(圖1C，黃色)。

圖1 PolyJet 3D打印統一軟體機器人系統的設計和增材制造策略，該系統包括在單個打印運行中完全集成的射流電路。

圖2 基于PolyJet 3D打印的射流電路元件的工作原理和結果，包括柔順(黑色)和剛性(白色)材料集成。

圖3 恒流型軟體機器龜的工作原理及實驗結果。

圖4基于正弦輸入的軟體機器龜的工作原理及實驗結果。

圖5 集成射流電路的預編程、基于非周期射流輸入的軟機械手的概念和結果。

綜上所述，研究者本文提出的基于polyjet的戰略提供了獨特的承諾，在提高軟體機器人領域的可及性的同時，支持一定程度的再現性和設計多功能性，與此同時，這是目前還沒有報道過的替代方法。

此外，感興趣的研究人員可以隨時下載、修改和/或復制(例如，3D打印現場或通過商業3D打印服務)這里演示的所有功能，從而為具有廣泛學術背景的研究人員提供了一個新的途徑，以設計、增材制造和推進由完全集成的射流電路組成的軟體機器人系統。