哈佛大學研發 3D 列印「人造肌肉」，將物理智慧直接寫入材料

大自然展現了無與倫比的靈活性，為賦予機器人同樣流暢的有機運動，哈佛大學的研究團隊開發出一種 3D 列印的「人造肌肉」纖維，成功將運動模式直接編程寫入材料中，突破了傳統機械系統僵硬且依賴龐大外部裝置的限制。

這項發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）的技術，核心在於結合了兩種軟性材料：「主動式」液晶彈性體（受熱至相變溫度以上會收縮）與「被動式」彈性體（受熱不變形且剛性較低）。透過旋轉噴嘴將兩者並排列印，研究人員能精確控制材料在纖維內部的分布與螺旋排列。當受熱時，主動材料收縮而被動材料抵抗，這種應力不匹配便驅動纖維產生彎曲、扭轉或盤繞，完全無需齒輪或機械關節。

這些纖維極具耐用性，在攝氏 25 度至 175 度之間歷經百次熱循環仍無脫層或損壞。研究團隊更將單根纖維做為基本單元，編織成複雜的網格結構。透過巧妙混合受熱膨脹與收縮的區域，能讓原本平坦的薄片變形成具有正高斯曲率的立體圓頂或形成負高斯曲率的馬鞍狀曲面。

這項創新為軟體機器人帶來廣泛的應用潛力，團隊已成功展示了隨溫度開關孔洞的「溫控過濾器」，以及能同時抓取多個物件的「軟性夾爪」。

儘管目前系統依賴熱能啟動，在反應時間與能源效率上仍是挑戰，且距離取代高功率傳統驅動器尚有一段路要走。然而，這套設計邏輯極具通用性（也可應用於水凝膠等材料），代表著我們已能從製造之初，將「物理智慧」直接編程進柔性結構中，未來有望應用於自適應夾具、活性閥門與生醫設備。

• New 3D printing tech is set to give robots human-like muscles
• Groundbreaking, 3D-printed, artificial muscles bend and twist on demand

（首圖來源：影片截圖）