普林斯顿大学的工程师们研制出一类新型软体机器人，其运动不依赖电机或庞大的外部系统。该设计将柔性材料与嵌入式电子器件相融合，使机器能够通过热量改变形状并执行受控运动。

软体机器人长久以来在医疗、危险环境探测及精密作业领域颇具应用前景，但多数设计仍依赖刚性部件或外部气泵。普林斯顿团队旨在通过将驱动功能直接集成到材料中，打破这些限制。

团队使用定制化3D打印机，以液晶弹性体为原料制造机器人。这种聚合物具有有序的分子结构，使工程师能够对其受热响应方式进行编程。研究人员将材料打印成具有受控分子排列方向的图案化区域。这些区域如同铰链，受热时便会以可预测的方式弯曲。通过堆叠并连接这些区域，团队制造出可按指令折叠与展开的结构。该方法将运动能力直接嵌入材料内部，而非事后添加机械关节。

在打印过程中，他们还集成了柔性电路板。这一步骤省去了单独组装的环节，提升了可靠性。戴维森强调，这种集成是迈向实际制造的关键一步。

热量驱动精确运动

嵌入式电路可对特定区域进行精准加热。加热触发聚合物收缩，进而驱动运动。系统配备温度传感器，可提供实时反馈，实现闭环控制，帮助机器人在重复循环中保持精度。

为引导折叠过程，团队在铰链之间添加了轻质玻璃纤维面板。这些面板确保弯曲仅发生在预设位置。作为演示，研究人员制造了一款灵感源自折纸的"起重机"造型机器人。该结构通电后便会扇动翅膀，能够重复运动而无明显磨损。保利诺的团队运用折纸设计中的数学模型对这些运动进行编程。同样的原理此前已应用于医疗器械及自适应结构的研究。

保利诺强调了重复运动中误差修正的重要性。该系统利用传感器反馈来调整随时间累积的微小偏差，从而提升了耐久性与一致性。

从毕业论文到技术平台

该项目始于戴维·贝尔沙茨基的本科毕业论文。他在普林斯顿攻读电气工程专业期间一直从事此项研究，并于2024年毕业。"我在寻找一种方法，能够便捷且可重复地制造出可基于体积变化而变形的单元胞，"他说道。贝尔沙茨基与戴维森建立了联系，随后加入了保利诺的折纸工程课程。这一合作塑造了项目的发展方向。

他将此项工作描述为多学科的融合。"我认为我们的一大贡献在于展示了一个具备局部加热控制功能的复杂系统的集成，"他说，"我们能够根据加热位置来控制驱动行为。"他还开发了一款软件工具，可供他人设计类似机器人。该工具已与研究数据一同公开。

尽管进展显著，但系统集成仍是最棘手的挑战。"说实话，人们常说系统集成是难点所在，"贝尔沙茨基表示，"整个项目本质上就是一系列不同技术的集成。"

研究人员表示，他们的方法有望催生可扩展、可制造的软体机器人。这些系统未来或可进入人体内部运行，或部署于传统机器无法胜任的危险环境。该研究发表于《先进功能材料》期刊。