Nature：吹泡泡，“吹”出软机器人！

受生命体的启发，软机器人由具有内在顺应性的材料开发而成，能够模仿动物和植物的连续运动。在软机器人中，标准的铰链和螺栓被装配到执行器中的弹性体所取代，这些执行器通过编程在施加刺激(例如气动充气)后改变形状。变形信息，通常直接嵌入到这些驱动器的形状中，快速原型技术的最新进展促进了驱动器的组装。然而，这些制造过程在可伸缩性、设计灵活性和健壮性方面存在局限性。

在此，来自美国普林斯顿大学的P.-T. Brun等研究者，展示了一种新的一体化的方法来制造和编程的软机器。相关论文以题为“Bubble casting soft robotics”于2021年11月10日发表在Nature上。

软机器人，可以完成复杂的任务，如轻柔的抓握、爬行或游泳，使用低复杂性的、类似肌肉的软驱动器，可以根据需要弯曲、扭转、收缩或拉长。这种柔软性和仿生运动的独特结合，使软机器人在刚性机器人可能会失败的各种创新应用中具有吸引力。

这一蓬勃发展的领域是由最近在建模、计算和制造方面的见解推动的，这些见解使各种软机器的设计、编程和组装成为可能。虽然化学、热、电或磁激活的软执行器已经被广泛证明，但硅胶体气动机器人由于其简单和快速的驱动而引起了广泛的关注。

这类机器人的运动学被编码在驱动器的肉体中，即形状或材料，这样内部压力的变化被机械地转换成特定的运动。软气动执行机构的制造，尤其是空腔执行机构的制造并非易事，通常通过为特定执行机构量身定制的有序成型程序和可拆卸框架来完成。

同样，最先进的薄膜涂层技术，仅限于简单的几何形状，而自由形式的制造技术通常缺乏可扩展性，需要很长的打印时间。通常，这些执行器的膨胀很难预测，因此，需要试验和错误或长时间的模拟来为特定的应用定制执行器的形状。

此外，由这些执行器组装而成的软气动机器人需要执行复杂或顺序的运动，这通常需要几个具有独立流体源的执行器。

在此，研究者介绍了气泡铸造，一种简单和通用的制造方法来组装使用流体力学规则和工具编程的单片驱动器。首先，研究者通过注入未固化的弹性体熔体填充管状模具。当熔体仍然是液体时，注入空气，形成一个拉长的气泡，从而产生驱动器的内部空隙(图1a(i))。然后，重力通过排水聚合物薄膜，并允许气泡上升来塑造驱动器(图1a(ii))。 最终，当熔体凝固时，这种形状被“冻结”，当脱模时，驱动器可以很容易地使用，例如，作为夹具(图1a(iii))。

研究者的方法不是依赖于单个部件的组装，而是利用弹性体中的界面流动，逐步固化，坚固地生产出整体气动执行器，其形状可以很容易地定制，以适应从人工肌肉到夹具的应用。

研究者合理化了在驱动器的装配中起作用的流体力学，并模拟了它们随后的变形。研究者利用这种定量的知识对这些软机器进行编程，并产生复杂的功能，例如，从单调刺激中获得连续运动。该方法的灵活性，稳健性和预测性，将加速软机器人的升级，通过使复杂驱动器的装配，例如长，弯曲或血管结构，从而为几何和材料非线性的新功能铺平道路。