近年来，随着3D打印技术和仿生学的迅猛发展，机器人设计进入了一个突破传统形态与功能的全新时代。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员创造了世界上首个拥有模拟天然组织结构的3D打印机器人象，不仅具备灵巧的动作能力，更融入了可编程的网络状结构技术，实现了复杂而自然的运动表现。相比传统机械臂或轮式机器人，机器人象这一设计更贴近生物体的肌肉和骨骼系统，突破了过去机器人笨重且僵硬的机械架构，在柔性和刚性之间取得了前所未有的微妙平衡。 机器人象最引人注目的部分是它的象鼻，研究团队利用3D打印制造出软硬结合的“组织”，实现了仿生象鼻的灵活多变。自然界中，象鼻由约九万个肌束组成，每根肌束都能独立运动，使象鼻几乎具有无穷的动作自由度。团队通过可编程的蜂窝状乳胶泡沫结构，模拟了这种复杂肌肉结构。
这种网络状结构基于两种几何单元的混合体，能够在柔韧性与刚度间连续调节，赋予机器人不同部位不同的机械属性，从而完成精细操控和承重需要。 该机器人象不仅仅是机械结构的概念展示，团队制作了一个录像，生动呈现了机器人象的日常“生活”，包括用象鼻轻轻摘取花朵，以及表现柔韧力道兼备的动作——用脚踢保龄球。令人惊讶的是，这只机器人象竟然能够踢倒七个保龄球瓶。这样的表现无疑展示了机器人在动态控制、受力分配及多自由度运动方面的进步。 这种基于可编程网络状结构的设计为未来轻质、易调节形态的机器人研究射出了亮眼火花。研究人员表示，该结构系统拥有超过一百万种不同配置，能够实现“无限”的几何变化，这不仅满足了机器人体型定制化的需求，更为适应不同环境与任务打下基础。
比如可以随时改装机器人部分结构以提升刚度，同时保证其他部位柔韧灵活。 在当今机器人领域，大多数机器人存在运动生硬、灵活度不足的缺陷。这源自于人体和动物复杂肌肉、肌腱与骨骼间协同运作的结构难以复制。新型机器人象的设计理念正是通过仿生学和先进3D打印技术，将生物机械的复杂性进行程序化编码，实现轻量化及多功能性的结合。作为Musculoskeletal-inspired（肌肉骨骼启发）设计的代表作，这只机器人将机器人设计从单纯机械装置，演化为具有“软硬结合”特性的仿生机体。 EPFL实验室的第一作者关青华博士指出，他们专注于通过可编程蜂窝结构实现机器人从柔软像象鼻一样灵活，到坚硬支撑身体的多样形態，这证明了结构网络的可扩展性和灵活性。
相比传统刚性机器人，这样的设计不仅减轻了重量，更极大提高了适应性和复杂任务处理能力。 除了技术突破，这个项目也展示了机器人设计对于未来应用场景的潜在启示。柔性机器人象可以在多变复杂环境中完成任务，如搜救现场复杂地形行走，或者精准操作脆弱物体。其具有多点承重且高柔性的躯干与四肢，使运动更加自然且减少机械冲击，若结合机器视觉和学习算法，未来还可能具备更智能的环境交互能力。 此外，机器人的素质还包括制造便捷性。通过3D打印直接生成复杂蜂窝结构，避免了传统机器人繁琐的零部件组装，提升了生产效率。
这也降低了制造成本，为未来推广提供可能。研究团队发表在权威期刊Science Advances上的论文详细描述了这种融合设计，将为机器人、医疗器械以及智能材料等多个领域的跨界融合开辟新路径。 不仅局限在象鼻结构，机器人象身上的其他部分诸如腿部的“骨骼”结构，也采用了相似的蜂窝几何设计，保证了足够刚性和承重能力。该机器人能够模拟象行走的动作，体态稳定且灵活，其多关节的设计甚至支持复杂的旋转与弯曲。机器人象的小巧尺寸设计，功能表现却令人震撼，完美结合了机器人结构力学和仿生驱动技术。 可编程网络结构广泛应用的可能性正在逐渐被发掘。
通过微调结构单元形态和比例，机器人乃至未来任何软体或半软体机械的柔韧与强度属性皆可精准设定。这可能彻底改变工业机器人、护理机器人甚至航天机器人等的设计理念，让机器人更贴近自然生命体的行为逻辑。 总结来说，瑞士团队首创的3D打印机器人象代表着机器人设计迈向高度集成、可编程与仿生的突破。通过模拟大象细腻组织结构，实现了机器人柔韧性与刚性的完美平衡，完成了摘花、踢球等普通机器人难以操作的动作，极大地扩展了机器人运动的边界。未来，随着此类技术成熟，我们可以期待更多轻巧灵活、功能丰富的仿生机器人应用于工业、医疗、服务及无人探测等场景，引领机器人技术走向更贴近自然、生物智能的未来。
