2026 年 11 月 11 日
奥胡斯大学（Aarhus University）的研究团队近日展示了一款由 3D 打印制成的微型机器人青蛙。该装置无需电机、电池或电线，仅依靠六个光驱动的人造肌肉即可在水面上游动。这一成果为下一代软体机器人的肌肉开发提供了一套系统化的方法论。
这款由化学系博士生 Cecilie Ryberg 利用 3D 打印机制作的小青蛙，在实验室测试中于近两分钟内行进了 8 厘米（约 3.1 英寸）。尽管速度不快，但其运动机制颇具研究价值：它通过协调六个人造肌肉的运动来摆动腿部，从而将水推向后方以产生推进力。
这些肌肉由液晶弹性体材料制成，具备热致收缩特性——受热时收缩，冷却时恢复原状。研究人员在其中添加了一种能够吸收近红外光并将其转化为热量的分子。奥胡斯大学化学系教授 Brigitte Städler 指出，实现这六个肌肉的协同工作是主要挑战之一；若收缩动作缺乏协调，青蛙不仅无法向前游动，反而可能原地旋转。相关论文已发表在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）杂志上。
从管道袋到人工肌肉的材料革新
虽然无线移动的软体机器人并非全新概念，但奥胡斯大学这项研究的突破在于系统地分析了液晶弹性体的化学变化如何影响其 3D 打印适用性及对加热的反应，并进一步探究了这些特性如何转化为具体的机器人运动表现。
Ryberg 解释道，与传统 3D 打印通常熔化固体塑料丝不同，他们使用的材料质地类似于用于蛋糕装饰的浓稠糖霜或冰糖浆。“我们只需要用打印机将材料放置在指定位置。”她说。
鱼与蛙的对比实验
开发适合 3D 打印的人造肌肉不仅需要找到可收缩的材料，还必须确保正确的结合性。为此，Ryberg 系统研究了不同分子成分和链长对油墨打印特性及成品肌肉运动的影响。这些结果为其他研究人员在选择人工肌肉材料时提供了更明确的指导，有望减少试错成本。
为了验证该方法的有效性，Ryberg 制造了两个游泳机器人原型：一个是依靠单块肌肉驱动尾部波动的“鱼”，另一个则是依靠六块肌肉协同工作产生前进运动的“青蛙”。研究人员还开发了一种化学方法，将人造肌肉与软体身体部分结合在一起。Städler 强调，如果肌肉的运动无法有效传递到身体其他部位，再优秀的人工肌肉也毫无用处。
应用前景：从玩具到救援
研究人员设想，这种软体机器人未来可能应用于环境监测和搜救行动等领域。然而，目前的设计仍依赖外部光源，且尚不具备独立绕过障碍物的能力。
如果该技术走出实验室，其早期应用场景可能远非救援任务。Ryberg 表示：“我可以很容易地想象，在人们看到它们执行救援任务之前，这些机器人会被用作玩具。我认为人们会配合合适的光源来玩这样的青蛙。”
参考文献：
Cecilie Ryberg et al., 3D printed actuators powered by liquid crystal elastomer muscles in water at the air interface, Advanced Materials Technologies (2026). DOI: 10.1002/admt.71401
