软体机器人凭借弹性材料（如硅胶、水凝胶）在安全性和环境适应性上优势显著，能穿越复杂地形（如废墟、陡坡）。然而，其结构强度弱和运动轨迹低效（依赖开放曲线路径）两大缺陷，导致速度慢、摩擦大，严重限制实际应用。传统气动驱动虽能实现爬行，却难以兼顾速度与精度。如何让软体机器人“刚柔并济”？近日，美国塔夫茨大学等研究团队以"Arc-heating actuated active-morphing insect robots"为题在 Nature Communications 期刊发表了相关研究，为微型机器人的设计提供了全新的思路。
仿生灵感：从马蹄运动到四连杆设计
“自然是最好的工程师”研究团队观察到四足动物（如马）行走时，足端轨迹呈反向D形：
平直段（支撑相）：足部贴地后拖，减少地面作用力；
弧形段（摆动相）：足部离地前摆；这种闭曲线轨迹高效节能，但软体材料难以精确复现。团队创新性地引入经典四连杆机构，通过多材料3D打印技术，将生物运动转化为机械设计。
三大创新突破
1. 多材料融合打印技术
材料配方：采用三种邵氏硬度TPU材料（75D硬骨架/95A过渡层/85A软关节）；
接口革命：对比直连、燕尾榫、指接三种接口，发现燕尾榫与指接抗拉强度提升4倍，彻底解决分层问题；
工艺升级：多喷头热熔沉积（FDM）技术实现一体化打印，关节与连杆硬度梯度化设计。
2. 刚柔并济的仿生结构
关节软化：关节采用85A超软TPU模拟生物屈伸；
连杆强化：75D高硬度TPU确保结构稳定性；
无栓设计：摒弃传统金属插销，利用材料柔性实现转动，重量减轻40%。
3. 闭环控制系统
集成磁编码器与定制电路板；
独立控制四条腿的步态（以对角小跑步态为主）；
实时调整足端轨迹，适应沙地、岩石等复杂地形。
性能突破
极端环境测试：整车碾压后，机器人凭借弹性形变完全恢复原状；刚性对照版则彻底碎裂。
图片解析
应用场景：从实验室走向现实
灾难救援：在碎石、泥土环境中稳定行走
野外勘探：攀爬陡坡岩石，穿越沙地
工业检测：适应管道、狭窄空间等非结构化环境
人机协作：柔性机身保障人机交互安全
未来展望：突破与挑战
电子系统柔性化：当前刚性电路板限制形变能力，需开发嵌入式柔性电路
极端环境适应：TPU材料耐温性有限（玻璃化转变温度约80℃），亟待新材料
水下应用：电机防水处理后可拓展至水域探测
人工智能融合：结合视觉传感器实现自适应步态切换
通过融合经典机构学与多材料打印，让软体机器人同时拥有螳螂的灵活性与甲虫的坚固性。这项研究不仅解决了软体机器人领域的核心矛盾，更以桌面级3D打印的低成本方案，为未来机器人定制化打开大门。