哈佛大学研发出可像人工肌肉一样变形的3D打印丝状材料

Jennifer Lewis 及其团队采用了旋转多材料3D打印技术。在这一工艺中，多种材料通过一个旋转喷嘴挤出，从而可以精确调控其在丝状材料横截面中的位置。研究人员打印了活性液晶弹性体与被动柔性弹性体的组合材料。当温度超过某一转变温度时，活性材料会沿其分子取向方向收缩，而被动材料则基本保持原有形状，从力学上限制其运动。

第一作者 Mustafa Abdelrahman 表示：“我看到这个非常棒的（旋转3D打印平台），就在想：如果我们把活性材料放入并在丝状材料内部进行结构化设计，能否以此触发形状变化？”

喷嘴的旋转在此过程中至关重要。它在打印过程中为丝状材料刻入螺旋状排列。因此，弯曲和扭转并非通过后续组装或机械加工产生，而是直接在打印过程中编程设定。Abdelrahman 解释说，他看到该平台后便思考，能否将活性材料以某种方式布置在丝状材料内部，从而实现有针对性的形状变化。

合著者、博士生 Jackson Wilt 表示：“从可扩展性角度来看，未来可以开发更复杂的喷嘴，并与其他材料集成——例如加入液态金属通道以实现驱动或整合其他功能。”

研究人员利用这些丝状材料构建了更为复杂的晶格结构。根据活性弹性体位于波浪形结构的内侧还是外侧，该构件在加热时会出现拉伸或缩短。他们展示了温控过滤器、用于拾取与放置任务的夹持器，以及可变形为穹顶状结构的网格等应用。

Lewis 表示：“这种丝状材料设计与打印框架，有望加速人工肌肉类材料从实验室走向现实技术的转化。”

可以设想其在软体机器人夹持器、可调节阀门，或孔隙率可发生定向变化的生物医学结构等领域的应用。