想象一下，无需电子设备，只需添加一盒压缩气体，机器人就可以直接从3D打印机中“走”出来，并且使用单一材料一次性打印完成。据外媒报道，这正是加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）生物启发机器人实验室的机器人专家们所开发的机器人。相关研究成果已发表在期刊《Advanced Intelligent Systems》。

图片来源：University of California San Diego

为开发这种3D打印机器人，研究人员致力于使用最简单的技术：台式3D打印机和现成的打印材料。这种设计方法不仅坚固耐用，而且成本低廉——每个机器人的制造成本约为20美元。

加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该论文的资深作者Michael Tolley表示：“这是一种完全不同的机器制造方式。”这些机器人可用于电子设备无法正常工作的场景，例如在强辐射区域进行科学侦察、灾难响应或太空探索。

研究人员在实验室中测试了这些机器人，结果表明，只要它们连接到恒定气压的气源，就可以连续运行三天。研究团队还展示了这些机器人可以在户外使用压缩气体罐作为动力源自由行走，并在草地和沙地等不同表面上行进，甚至可以在水下行走。

研究人员的目标不仅是设计出添加气源后即可3D打印的机器人，还要使用柔性软材料实现这一点。Tolley解释说：“这些机器人没有使用研究人员通常使用的任何传统刚性组件。”相反，它们由简单的3D打印材料制成。

研究人员最大的挑战在于设计出一种能同时包含人造肌肉和控制系统的结构，且全部由同一种软性材料通过单次打印成型。该研究由Tolley研究团队中的博士后Yichen Zhai领导，他们改良了此前用于制造无电子元件机械手的3D打印技术，并最终制造出六足机器人。Zhai表示：“我们在完全自主行走的机器人领域迈出了一大步。”

为驱动机器人运动，该研究团队创建了一个气动振荡电路，用于控制软执行器的重复运动，类似于驱动机车蒸汽发动机的机制。该电路通过在两组三条腿之间交替适时提供气压来协调六条腿的运动。机器人的腿能够以上下、前后四个自由度运动，从而使机器人能够直线行走。

研究人员的下一步研究包括寻找在机器人内部存储压缩气体的方法，并使用可回收或可生物降解的材料。研究人员还在探索为机器人添加机械手等操纵器的方法。

Tolley实验室通过与巴斯夫公司（BASF）的加州研究联盟（CARA）合作，测试了可用于标准3D打印机的各种软材料。他们测试的一些高端材料尚未商业化，但研究人员也成功使用现成的标准材料成功打印了机器人。