無需電子元件！3D列印機器人「一氣呵成」走出實驗室

想像一下，一個完全不需要電子元件的機器人，只需搭配一罐壓縮氣體，就能從3D印表機中「走出來」。更令人驚豔的是，這種機器人可以用單一材料一體成型列印完成。這正是加州大學聖地牙哥分校（UCSD）仿生機器人實驗室的團隊所實現的突破性技術，相關研究成果已發表於《先進智慧系統》期刊。

為了達成這項創舉，研究團隊選擇了最簡單的技術組合：一臺桌上型3D印表機和市售的列印材料。這種設計不僅堅固耐用，成本也相當低廉——每臺機器人的製造成本僅約20美元。UCSD機械與航空工程系教授、論文資深作者Michael Tolley表示：「這是一種完全不同的機器製造思維。」

這款由UCSD與BASF公司合作開發的機器人，已經成功走出實驗室，展現了其應用潛力。這些機器人特別適合在電子裝置無法運作的環境中使用，例如高輻射區域的科學偵察、災難救援，甚至太空探索等領域。

研究團隊在實驗室中進行了多項測試，結果顯示，只要機器人連線到穩定的氣壓源，就能持續運作長達三天。此外，機器人也能在戶外獨立行走，利用壓縮氣體作為動力來源，並在草地、沙地等不同表面上移動，甚至能在水下行走。

這項研究的目標不僅是設計出能直接從印表機中「走出來」的機器人，更希望使用柔軟、彈性的材料來製造。Tolley強調：「這些機器人完全沒有使用傳統的剛性元件，而是以簡單的3D列印線材製成。」

最大的挑戰在於設計出包含人工肌肉和控制系統的結構，並用同一種軟性材料一體成型列印。由Tolley研究團隊的博士後研究員Yichen Zhai帶領的團隊，改良了他們先前用於製造無電子元件夾具的3D列印技術，成功打造出一款六足機器人。Zhai表示：「我們在自主行走機器人領域邁出了一大步。」

為了驅動機器人移動，團隊設計了一種氣動振盪電路，用於控制軟性致動器的重複動作，其原理類似於蒸汽機車的驅動機制。這套電路透過交替向兩組三隻腳提供氣壓，協調六隻腳的運動。機器人的腿部能夠進行上下、前後四個自由度的移動，從而讓機器人沿直線行走。

未來的研究方向包括探索如何在機器人內部儲存壓縮氣體，以及使用可回收或可生物降解的材料。此外，團隊也正在研究如何為機器人新增夾具等操作裝置。Tolley的實驗室與BASF公司合作，透過其加州研究聯盟（CARA）測試了多種可用於標準3D印表機的軟性材料。雖然部分高階材料尚未商用，但研究團隊也成功使用市售的標準材料列印出機器人。

在論文發表之前，研究團隊已於2022年完成了這款3D列印行走機器人，並在當年的戈登機器人研究會議上進行了展示。