日本山形大學的研究人員已經開發出了全3D打印執行器，該執行器可以構成類似水母的軟機器人的基礎。使用基于紫外線的3D打印機，該團隊能夠將新合成的粒子雙網絡（P-DN）水凝膠固化成一種與月水母的肌肉相似的收縮機制。基于他們新穎的設備，科學家們現在打算創建一個具有潛在海洋野生動植物監測應用的整個水生機器人。

一群月亮水母。科學家發現他們的致動器以類似于月水母的肌肉的方式收縮。

圖片來自Kiara Sztankovics，Unsplash。

水生機器人的生態效益

開發能夠模仿其有機對應物行為的軟機器人的好處不僅僅在于新穎性價值。先進的設備具有與人類一起工作，進入災難管理，海洋保護甚至醫療保健應用中我們無法做到的地方的潛力。這種機器人在水下具有特殊的前景，在那里他們可以收集有關海洋的更多信息，并有助于進一步實現聯合國的可持續發展目標（SDG）。達到此目的的最佳方法之一是創建模仿天然動物運動的柔軟材料，但到目前為止，即使是3D打印的章魚風格機器人都具有金屬體，有可能使它們對海洋生物造成破壞。

日本科學家使用UV 3D打印機制造了五個凝膠致動器原型。圖片來自ECS固態科學與技術雜志。

構造新型執行器

在Yamagata團隊開始3D打印其執行器之前，他們合成了一種新型的交聯P-DN水凝膠，該凝膠由硬而脆的第一聚合物和較軟的第二層組成。該材料的特點是高含水率，增強的強度和出色的可印刷性，為它們的裝置形成了堅實而易延展的基礎。

準備好配方后，科學家們使用基于UV的3D打印機將其聚合成三個獨立的部分：連接器，底座和盒子。從理論上講，“底座”和“盒子”設計為通過注入空氣而變形，從而產生提供推進所需的收縮，而“連接器”僅將硅樹脂管固定在執行器的主體上。為了進行測試，該小組3D打印了五個不同的原型，發現該凝膠的彈性與所用單體的類型緊密相關，并且達到了交聯的水平。同樣，執行器的生產寬度為0.4-0.5 mm，因為較厚的層會出現膨脹，從而導致零件不一致。

受動物啟發的軟機器人

盡管用于環境監控的3D打印機器人是一項相當高尚的工作，但它絕不是一種新穎的機器人，并且最近還開發了幾種類似的機器人。

佛羅里達大西洋大學（FAU）和美國海軍研究辦公室的科學家開發了3D打印的軟機器人水母，能夠監測脆弱的珊瑚礁。該設備由八個液壓執行器組成，這些執行器經過專門設計，不會損壞脆弱的生物生態系統。

同樣，哈佛大學的一個團隊創造了“Octobot”3D打印自主軟件機器人。像Yamagata團隊的執行器一樣，Octobot是基于氣動的，但是它不使用氧氣而是將少量的液體燃料轉化為氣體，從而像氣球一樣使手臂膨脹。