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导读：2021年7月18日，南极熊获悉，马里兰大学的工程师们利用3D打印技术开发了一个能够播放任天堂娱乐系统（NES）的软体机器人手臂，并且还运用它打通关了《超级马里奥兄弟》，不可思议吧！此外，这项研究还被发表在顶刊《Science Advances》上，足见它的前沿性和含金量之高，感兴趣的读者可在文末获取下载链接。
研究人员使用Stratasys PolyJet技术打印的三指软体机器人具有完全集成的流体电路，这意味着它的运动是由气压而非电力驱动。虽然研究人员完全可以选择一种标准的演示来评估这只手的性能，如弹钢琴曲，但他们认为视频游戏的精确性和目标导向性也不失为一个更好的实验对象。
这项研究的合著者Ryan Sochol写道："在钢琴上，我们可以任意设置节奏，任何像错过一个音符的错误都不会有意义的惩罚。相比之下，视频游戏的时间和关卡构成早已确定，而且是一成不变的，只要有一个错误就能立即导致游戏结束，所以实时玩《超级马里奥兄弟》这样的游戏为评估软体机器人的性能提供了一种独特的挑战和绝佳的手段。"令人难以置信的是，3D打印的机器人竟然真的打过了《超级马里奥兄弟》的第一关。
△3D打印的软体机器人手。照片来自马里兰大学
什么是软体机器人？
顾名思义，软体机器人是一类特殊的机器人，其特点是可塑和可变形。它们通常使用橡胶或硅胶等柔性材料制造，多年来已经在医疗和制造领域得到应用。
由于它们能够围绕复杂的结构进行塑形和扩展，软体机器人可以被植入人体而几乎没有组织损伤的风险。这使它们成为研究外科工具、药物输送装置和定制假肢等应用的重要领域。此外，它们还在大批量的生产设施中发现了自己的用途，在那里，公司正越来越多地在生产线上采用软机器人抓手。
图1 用于PolyJet 3D打印统一的软体机器人系统的设计和增材制造策略，包括在一次打印过程中完全集成的流体电路。(A) 模块化的三维CAD模型和流体电路元件、流体互连、软执行器和结构外壳的类似电子电路符号。(B) 具有完全集成的流体振荡器电路的统一软机器人的CAD模型和相应的模拟电路图。(C) 使用顺应性（黑色）、刚性（白色）和水溶性支持（黄色）材料的多材料PolyJet3D打印软机器人的概念图。(D) PolyJet 3D打印过程的连续时间推移图像。比例尺，5厘米。(E和F）具有集成流体电路的统一的多材料软体机器人的制造结果（E）在去除支撑材料之前和（F）之后，比例尺，2厘米。照片来源。Ruben Acevedo，马里兰大学学院公园分校。
Sochol对媒体解释说："这些特殊类型的机器人使用水或空气等流体作为动力，软体机器人可以相对容易地伸展或充气或放气。因此，它们具有固有的适应性，可以围绕复杂的、有时是脆弱的物体进行改造。"
软体机器人的实验在3D打印领域也是比比皆是。今年早些时候，哈佛大学的研究人员3D打印了一群软体机器人鱼，能够在没有Wi-Fi或GPS的帮助下以复杂的模式游泳。该团队的" Bluebots"的灵感来自于独特的珊瑚礁居住的外科鱼，它有四个鳍用于精确导航，还有一个LED和摄像头系统，使它们能够成群结队而不发生碰撞。
在其他地方，中国天津大学的科学家们之前已经3D打印了一个可定制的机器人，能够实时缩放和监测工业设施的管道。这个单件设备具有一系列软弯曲机制和模块化抓手，使其能够灵活地攀爬形状怪异的基础设施。
△Sochol的研究团队使用3D打印的机器人手玩“超级马里奥兄弟”。照片来自马里兰大学
3D打印集成流体电路
那么是什么让Sochol的3D打印机器人设计如此独特？马里兰大学的研究人员整合了他们所谓的"流体电路"——一种能够控制机器人手指的管道。3D打印的软体机器人没有像传统的电子微芯片那样使用半导体晶体管来发出开关信号，而是利用每个手指中的压力传感器。然后，手指的驱动由流经手部的气压控制。 △用来控制手部手指的流体电路。图片来自马里兰大学。
Sochol补充说："这里的特别之处在于，我们制作了一种新型的流体电路，可以感知空气的压力类型，以决定它的行为方式。例如，当没有压力时，没有手指被激活。当有低气压时，只有第一个手指被激活。在中等压力下，中指被激活，在高压下，最后一个手指被激活。通过编程使不同的气压组合通过手掌，该团队能够在NES控制器上穿越1-1世界，并避开所有的古堡，使马里奥在最后到达旗杆。“
为了推动软体机器人的发展和提高可及性，Sochol和他的团队非常友好地将机器人的设计文件开源到GitHub上。有关这项研究的更多细节可以在题为《Fully 3D-printedsoft robots with integrated fluidic circuitry》的论文中找到。
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