文章核心观点 - 美国塔夫茨大学等研究团队在《Nature Communications》发表研究，通过融合仿生学、经典四连杆机构和多材料3D打印技术，成功开发出“刚柔并济”的软体机器人，解决了传统软体机器人结构强度弱和运动效率低的核心矛盾 [1] - 该创新设计使机器人运动速度提升178%，水平步幅提升75%，并能承受约3吨压力，续航距离达250米，为机器人在灾难救援、野外勘探等非结构化环境中的应用开辟了新路径 [8][23] - 研究采用桌面级3D打印的低成本方案，为未来机器人的定制化生产提供了巨大潜力 [25] 技术原理与仿生灵感 - 设计灵感源于四足动物（如马）行走时的反向D形闭曲线足端轨迹，其中平直段（支撑相）用于减少地面作用力，弧形段（摆动相）实现高效节能的运动 [3] - 研究团队创新性地引入经典四连杆机构，将生物运动转化为机械设计，并通过多材料3D打印技术予以实现 [4] 三大技术创新 - **多材料融合打印技术**：采用三种邵氏硬度TPU材料（75D硬骨架/95A过渡层/85A软关节），通过多喷头热熔沉积技术实现一体化打印，燕尾榫与指接接口使抗拉强度提升4倍，彻底解决分层问题 [5][9] - **刚柔并济的仿生结构**：关节采用85A超软TPU模拟生物屈伸，连杆采用75D高硬度TPU确保稳定性，无栓设计利用材料柔性实现转动，使重量减轻40% [6][9] - **闭环控制系统**：集成磁编码器与定制电路板，可独立控制四条腿的步态（以对角小跑步态为主），并能实时调整足端轨迹以适应沙地、岩石等复杂地形 [7][9] 性能突破 - 运动速度从0.154 BL/s提升至0.428 BL/s，提升幅度达178% [8] - 水平步幅从26.89 mm增加至46.97 mm，提升幅度为75% [8] - 抗冲击能力显著增强，可承受30 kN压力（约3吨），而传统软体机器人易塑性变形 [8] - 续航距离达到250米（相当于其体长的2500倍），摆脱了线缆限制 [8] 应用前景 - **灾难救援**：能在碎石、泥土等复杂环境中稳定行走 [23] - **野外勘探**：具备攀爬陡坡岩石和穿越沙地的能力 [23] - **工业检测**：可适应管道、狭窄空间等非结构化环境 [23] - **人机协作**：柔性机身能保障人机交互过程中的安全 [23] 未来发展与挑战 - 当前刚性电路板限制形变能力，未来需开发嵌入式柔性电路 [28] - TPU材料耐温性有限（玻璃化转变温度约80℃），亟待开发适应极端环境的新材料 [28] - 电机经防水处理后，应用可拓展至水域探测 [28] - 未来可通过结合视觉传感器，实现自适应的步态切换，与人工智能深度融合 [28]