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哈佛大学开发新3D 打印技术「人工肌肉」动作更似真人

哈佛大学开发新3D 打印技术「人工肌肉」动作更似真人
【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2026-05-21 12:15

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【卡城华人网】哈佛大学开发新3D 打印技术「人工肌肉」动作更似真人

哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）研究团队近日开发出全新3D 打印技术，透过将两种热响应特性不同的软性材料同步打印成仿生纤维，制作出能按预设逻辑自主弯曲和扭转的人工肌肉，无需摩打或传统机械装置驱动。研究成果刊于《美国国家科学院院刊》（PNAS），出自Jennifer Lewis 教授领导的实验室，合作研究员包括材料科学家Joanna Aizenberg 及应用数学教授L. Mahadevan。

肌肉一直是机械人仿真最难突破的环节

长期以来，工程界虽已为机械人创建类似骨骼、神经和感觉系统的结构，但人工肌肉始终是最难模拟的部分。传统机械人依赖摩打、液压及气动系统驱动，动作精准有力，却因结构刚性大而难以展现人体般流畅柔软的运动。此前的方案，如气动人工肌肉、热敏合金、电响应聚合物等，往往需要配套笨重外部装置，无法同时兼顾轻量化、响应速度与复杂形态。

把动作直接「写入」材料

Harvard 团队采用的核心方法称为「直写式3D 打印」（direct ink writing），透过旋转喷嘴同步挤出两种材料：一种遇热会收缩的「主动材料」，以及一种维持不变的「被动弹性体」。打印过程中，喷嘴持续旋转，在微观尺度上写入螺旋状内部取向，精细控制不同区域的热响应行为。受热时，主动侧收缩而被动侧抵抗，产生内部应力，驱使纤维按预设方式弯曲、扭转、卷曲或盘绕，整个动作逻辑在打印阶段已完全植入材料。

实验展示多种复杂形变

研究人员打印了多种软性晶格结构和波浪状纤维，原文出自 unwire.hk，受热后有的整体膨胀、有的收缩，平面晶格甚至能隆起成穹顶状曲面。研究人员亦利用这类材料制作软体抓取器，靠近物体时能包覆并收紧完成抓取，再透过温度变化松开释放，动作平滑、连续且可逆，有别于传统刚性机械手的机械式开合。这项技术有望应用于软体机械人手臂、能在人体内自适应的医疗器械，以及各类可感知环境并即时形变的智能结构。

现阶段仍有技术局限

目前系统主要依赖热刺激作为触发方式，响应速度和能效尚难与成熟摩打系统比肩。研究人员坦言，相关材料和结构设计仍处于实验阶段，后续需在刺激方式、耐久性及规模化量产等方面持续改良，才能真正走向工程和商业应用。

来源： unwire.hk

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