混合明胶和糖浆可以做出一款美味的20世纪初甜点。但它也是一种凝胶状物质的基础，在未来，这种物质可能会带来廉价、易弯曲且可持续的机器人。
奥地利约翰内斯·开普勒大学林茨分校的科学家们用明胶和其他你可能在附近商店就能找到的材料，制造了一个触手状的机器人手指。他们烹饪了这些原料，然后用3D打印机制作了手指。他们于2月2日在《Science Robotics》上发表了他们的研究成果。
你可能习惯于将机器人视为金属、陶瓷和其他硬质材料构成的刚性结构。这些是制造汽车和制造外骨骼的机器。但还有其他类型的机器人，它们由更具柔性的材料制成，可以适应周围环境。
这就是不断发展的软体机器人世界。在不久的将来，软体机器人可能会进入人体，其灵活性可以使手术工具适应不同的身体形状。软体机器人可能会模仿海洋生物，深入海底，无论是地球上还是其他星球。
但即使这些柔软的机器人可以承受极端环境并在水中像鱼一样游泳，但支撑它们工作的材料通常是塑料等聚合物，这些材料既不可再生也不环保。而明胶则会自然生物降解，不留痕迹。因此，像林茨的机器人制造商一直在研究明胶基材料已有数年。
但明胶也带来了你可能没想到会在机器人实验室出现的其他挑战。因为它本质上是糖和蛋白质，所以它容易吸引霉菌。而且，当凝胶的水分蒸发时——这在非常干燥的环境中是可以预见的——凝胶就变得难以处理。
“它太脆了，”瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的物理学家、新论文的研究人员之一Florian Hartmann说。“所以，你稍微拉伸一点，它就很容易断裂。”
林茨团队的配方克服了其中一些挑战。除了明胶和糖，他们还添加了柠檬酸，它改变了材料的pH值，阻止微生物过早地对其进行“吞噬”。他们还混合了甘油，这有助于凝胶保持水分。通过这些改进，该材料可以拉伸至原来的六倍长度，仍能保持其结构。林茨团队早在2020年就首次发表了这一配方。
“我们继续努力，尝试制造性能和功能更复杂的机器人，”哈特曼说。
这就引出了今天的研究。与大多数之前的明胶制作方法（通常是使用像在厨房里那样使用的模具来制作零件）不同，林茨的研究人员修改了3D打印机来使用他们的明胶物质。
迄今为止，3D打印软体机器人技术潜力巨大，但成果寥寥。部分原因是，已使用过的少量聚合物需要很长时间才能固化，这意味着打印它们需要不切实际的时间。但明胶有一个优势：作为一种蛋白质，它可以比聚合物更快地结晶并制作出可行的打印件。
“我认为，直接从3D打印机生产出完全可生物降解的东西，这是一个非常有趣的方法，”普渡大学（Purdue University）的工程师Ramses Martinez说，他没有参与这项研究。
为了让手指移动，林茨团队用一种包含乙醇和虫胶的材料包裹了它，虫胶是非常古老的唱片中使用的树脂。这些条带对光线穿过手指和周围空气时的折射（或弯曲）角度很敏感。
这使得通过向手指施加压缩空气来控制3D打印的明胶手指成为可能。流动的空气改变了穿过它的光的角度，这使得条带随之摆动。林茨团队使用一个包含树莓派和PlayStation 4控制器的系统来控制手指。在他们的实验中，他们能够使其推开周围的物体。
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哈特曼不确定这个手指在实验室外的表现如何。明胶在达到约140华氏度（约60摄氏度）时开始融化，并且在接触水之前还需要进一步的调整。但好消息是，因为它是由易于获得的成分制成的，所以很容易制作更多的材料进行进一步测试。
“我认为所有与蛋白质相关的东西都可以探索这项技术，”马丁内斯说。这可能包括用于制造食品的机器人部件，以避免非有机部件带来的安全风险。哈特曼还设想将其用于机器人玩具，以尽量减少对儿童的伤害，或者用于快闪艺术装置，使其易于处理。
马丁内斯补充说，明胶机器人可以用于进入敏感环境，例如高辐射区域，在这种区域，操作人员必须在减少自身伤害与防止进一步污染之间取得平衡。“你根本不想把它们带回来并回收，”他说。“所以，对于这些情况，拥有可以降解并真正生物降解的东西，将是非常有趣的。”
明胶机器人可能永远无法举起足够的重量来建造汽车。但正如这只孤零零的手指所示，机器人可以做的事情远远不止于此。
