受生物體的啟發，軟體機器人由其固有的柔順性的材料開發而成，能夠模擬動物和植物運動的連續運動。在軟機器人中，標準鉸鏈和螺栓被組裝到致動器中的彈性體取代，致動器被編程為在施加刺激（例如氣動充氣）后改變形狀。變形信息通常直接嵌入這些致動器的形狀中，其組裝得益于快速原型技術的最新進展。然而，這些制造工藝在可擴展性、設計靈活性和魯棒性方面存在局限性。
成果簡介
鑒于此，普林斯頓大學P.-T. Brun等人介紹了氣泡鑄造，這是一種簡單而通用的制造方法，用于組裝使用流體力學規則和工具編程的整體式致動器。成果發表在Nature 上，并選為該期的封面！
利用流體物理學鑄造
氣泡鑄造提供了一種簡單、靈活的方法來使用流體力學的基本規則（流體物理學）為軟機器人創建致動器。該方法涉及在混合試劑時自發固化的彈性體。研究人員首先通過注入未固化的彈性體熔體來填充管狀模具。當熔體仍然是液體時，研究人員注入空氣以形成一個細長的氣泡，從而形成致動器的內部空隙。然后利用重力排出聚合物薄膜并允許氣泡上升來塑造致動器。最終，隨著熔體凝固，這種形狀被“凍結”，并且致動器可以在脫模時隨時使用，例如，作為夾具。
圖|從氣流到編程驅動
可控移動
通過控制一些因素——涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度以及固化所需的時間——研究人員可以決定所產生的致動器將如何移動。研究人員使用這種方法來設計和制造可抓握的手、可拍打的魚尾和可取回球的緊身線圈。他們希望他們簡單而通用的方法能夠加速新型軟機器人的發展。
圖|在充氣時抓住和舉起球的軟機器人
優缺點
氣泡鑄造的一個主要優點是它不需要 3D 打印機、激光切割機或其他通常用于軟機器人的昂貴工具。該系統也是可擴展的。它有可能生產出幾米長的致動器，其特征薄至 100 微米，這幾乎和人的頭發一樣小。
盡管具有靈活性，但氣泡鑄造確實有其局限性。到目前為止，研究人員已經成功地迫使氣泡穿過僅幾米長的彈性體填充管。此外，過度充氣會導致氣球爆裂。
展望
接下來，該研究小組將使用他們的系統來創建更復雜的執行器并探索新的應用。他們對設計在連續波中一起移動的致動器很感興趣，就像行走的千足蟲的雙腳一樣。另一種可能性是創建帶有腔室的致動器，這些腔室使用單個壓力源使它們膨脹，從而模擬人類心臟的跳動，交替收縮和放松。
綜上，利用這種定量知識對這些軟機器進行編程并產生復雜的功能，例如從單調刺激中獲得的順序運動。期望該方法的靈活性、魯棒性和預測性能夠通過組裝復雜的執行器（例如長的、曲折的或血管結構）來加速軟機器人的擴增，從而為源自幾何和材料非線性的新功能鋪平道路。
參考文獻：
Jones, T. J., Jambon-Puillet, E., Marthelot, J. et al. Bubble casting soft robotics.Nature 599, 229–233 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04029-6
