文章核心观点 - 意大利比萨圣安娜高等学校、热那亚大学及英国诺丁汉特伦特大学等机构的研究团队，从千足虫和豪猪身上汲取灵感，成功研发了一款名为Porcospino Flex的单履带机器人[1] - 该机器人的核心突破在于采用了一体化3D打印的柔性超材料脊柱，实现了重量减轻、能耗降低和地形适应能力的显著提升[2][9][15][21] - 这项融合了仿生学、超材料设计和增材制造技术的创新，展示了在搜救、工业巡检、农业和环境监测等领域的巨大应用潜力[27] 仿生设计灵感与核心结构 - 运动方式借鉴千足虫的分节身体和波浪式运动，使机器人能够扭动身体以适应地形起伏[6] - 履带上的弹性“刺”灵感来源于豪猪，能在攀爬时提供额外抓地力，帮助机器人稳固抓住地面[6] - 机器人最核心的创新是一根一体化3D打印的柔性“脊柱”，长670毫米，宽165毫米，高145毫米[9] - 脊柱由TPU 95A材料制成，包含16个节段和15个8度凹槽，可在水平方向实现最大120度弯曲，在垂直和扭转方向具有被动顺应性[9][11] 制造工艺与性能优化 - 相比前代产品（Porcospino）由40个独立打印件组装而成，新版本脊柱通过FDM技术一次性3D打印一体成型[15] - 一体化设计使机器人总重量从4200克降至3600克，成功减重600克[15] - 制造工艺简化提升了生产效率，降低了制造成本，并消除了螺栓连接点，使结构抗冲击能力更强[15] - 有限元建模分析显示，即使在模拟最大形变下，脊柱的最大应力值也远低于TPU材料的断裂强度（23.7 MPa），证明了结构可靠性[16][17] 实际测试性能表现 - 功耗相比前代版本从2.134瓦降至1.830瓦，能耗降低约15%[21] - 在室内测试中，成功攀爬了70毫米高的方形台阶，展示了其被动顺应性与抓地力的有效结合[22] - 在户外测试中，能在长满青草的不平坦地面进行转向，并成功攀爬沥青路面上70毫米高的人行道边缘[24] - 尽管重量减轻，其加速度保持稳定在0.131 m/s²，确保了运动的平稳可控[21] 技术融合与应用前景 - Porcospino Flex项目成功展示了仿生学、超材料设计和3D打印技术相结合在机器人领域的巨大潜力[27] - 该机器人在重量、能耗、机动性、耐用性和生产效率等多个维度实现了重大突破[27] - 这种轻巧灵活的机器人未来有望在搜救、工业巡检、农业和环境监测等人类难以涉足的危险或狭窄环境中发挥作用[27]

超材料技术突破 - 美国麻省理工学院团队开发出新型双网络超材料 通过打印精确复杂图案实现材料既坚固又灵活的特性 研究成果发表于《自然·材料学》[1] - 传统超材料设计追求高强度但牺牲柔韧性 新设计结合刚性网格支架与柔软编织结构 采用类似有机玻璃的聚合物制成 可拉伸至自身尺寸4倍以上[1] - 新材料由丙烯酸塑料通过双光子光刻技术一次性打印完成 包含刚性支柱桁架与环绕线圈的双微观结构[1] 材料性能测试 - 纳米机械压机测试显示 新型双网络超材料拉伸能力达自身长度3倍 是传统格子结构材料的10倍[2] - 引入策略性孔洞设计可分散应力 显著提升材料弹性与耐撕裂性[2] 应用前景 - 该技术可扩展至陶瓷 玻璃 金属等多种材料体系[1] - 潜在应用包括抗撕裂纺织品 柔性半导体 电子芯片封装 组织修复支架等生物医学领域[1] 行业影响 - 该突破展示通过微观结构设计优化材料宏观性能的新路径 标志着材料科学领域重大进展[3]