一只软体机器人手终于取得了一项历史性成就：通关了超级马力欧兄弟的第一关。虽然快速按下和释放任天堂娱乐系统控制器的按钮和方向键是对这台三指机器性能的有趣测试，但真正的突破不是它做了什么，而是它是如何被创造出来的。
这只玩马力欧的手，以及同一篇近期发表在《科学进展》杂志上的论文中描述的两只类似乌龟的“软体机器人”，都是通过一个单一步骤的3D打印过程制成的，仅耗时三到八小时。“这篇论文中的每一个机器人都实现了100%无需组装打印，”共同作者、马里兰大学机械工程助理教授瑞安·索科尔说。
一步式生产将使研究人员更容易开发日益复杂的软体机器人。这些机器人的柔软构造使它们能够与精细材料（如人体组织）互动，而不会造成更刚硬的机器可能造成的损害。这使得它们成为执行手术或搜索和救援，甚至分拣水果或其他易损物品等任务的良好选择。但到目前为止，大多数此类机器人仍然至少包含一些刚性组件。直到2016年，研究人员才创造出完全由柔性材料制成的机器人。为了让那个章鱼状软体机器人工作，其创造者不得不放弃刚性电子电路，转而使用微流体电路。在这样的电路中，水或空气在微通道中流动；其流动通过基于流体的电子元件（如晶体管和二极管）的类似物进行调节。
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在新的研究中，研究人员加快了这项技术的发展。“他们引入了更复杂的微流体电路，”哈佛大学工程学教授詹妮弗·刘易斯说，她是2016年论文的共同作者，但没有参与马里兰大学的项目。例如，在玩马力欧的手中，电路允许单个流体源发送不同的信号，通过简单地改变输入压力来告诉每个手指独立移动。
打印出来
但是，在使软体机器人更加复杂的同时，流体电路也使得机器更难制造和组装。这就是索科尔对一步打印它们如此兴奋的原因。“从未有人一次性完成过，”他说，“拥有一个完整的软体机器人，集成了所有的流体电路、身体特征和软体驱动器[移动部件]，全部打印出来。”
他和他的同事使用了一台PolyJet 3D打印机，这是一种放下液体层、将其暴露在使其固化的光线下，然后添加下一层的打印机。他们使用的型号由一家名为Stratasys的公司制造，可以生产三种类型的材料：一种柔软的橡胶状物质、一种更刚硬的塑料状物质和一种水溶性“牺牲材料”，这种材料在打印过程中充当支架，但必须在最终产品中去除。
这种高科技打印机的零售价可能高达数万美元，但索科尔的团队不需要购买一台。“我们使用校园里的一项服务来完成这项工作，”他说。“所以我们把我们的文件发送给他们，他们打印出来，然后我们去取回来。”索科尔估计，任何其他想要打印这些设计的人——他的团队在开发网站GitHub上以开源软件形式分享了这些设计——都可以使用类似的3D打印服务，花费大约100美元或更少。
索科尔认为，这个过程比在洁净室中制造微流体电路，单独制造机器人，然后再将它们组合起来更快、更便宜、更容易。刘易斯并不完全同意。“它有其精妙之处。我不确定它是否更快、更便宜，或者一定是这样，”她说。“但是，必须通过一种方法创建电路，然后像我们所做的那样将其插入模制和3D打印的机器人中，这确实很麻烦。我想说，[索科尔和他的同事]选择的方法……在能够打印多种不同硬度的材料方面有很多优势。”刘易斯还指出，新的软体机器人在打印后并不能立即使用。“他们的方法的一个麻烦之处是你必须去除所有的牺牲材料，”她说。“当它在身体外部，只是作为支撑时，这很好。但它也存在于所有这些内部通道中。”
是我，马力欧！
在清理完他们打印的机器人后，索科尔的团队不得不设计一个性能测试。早期的研究已经编程机器人手指来在钢琴上演奏曲调，例如，但索科尔的团队认为这项任务太容易了。“有了那个，我们可以任意设置节奏，”他说。“如果机器人漏掉一个音符或类似的东西，也不会有任何有意义的惩罚。”电子游戏似乎更不妥协。“如果你犯了一个错误，如果我们没有在正确的时间按下按钮，或者我们没有在正确的时间[释放]按钮，你可能会撞到敌人，你可能会掉进坑里，然后游戏就立即结束了，”索科尔说。
研究人员将他们的三指机器人手放在任天堂控制器上，每个手指放在不同的按钮或方向键上。通过以不同的压力向控制线输送流体，他们可以使每个手指做出反应。“对于低压，电路能够响应它，并且只按下使马力欧前进的按钮，”索科尔解释说。“然后对于中等压力，第二个手指开始按下按钮，现在马力欧可以跑了。然后如果是高压，那么所有三个手指都将按下各自的按钮，马力欧就会跳跃。”
该团队编写了一个计算机程序，该程序将自动改变压力，使手指以设定的模式移动。由于人们已经玩了超级马力欧兄弟几十年，该团队确切地知道手需要按下哪些按钮序列才能赢得游戏的第一关。它只需要以正确的时机运行预编程的列表——这比听起来要难。索科尔说，具有挑战性的部分是“让它不仅按下按钮，而且停止按下它，然后再重新按下它，因为有很多时候马力欧必须跳跃，然后在奔跑时非常快地再次跳跃。”
“马力欧的部分有点可爱，肯定会引人注目，”刘易斯说。“但我认为这篇论文真正强大之处在于多材料3D打印，以及在一个制造步骤中集成所有这些复杂流体电路的能力。研究人员所做的事情确实有很多值得称赞的地方。”
赢得电子游戏表明，完全打印的机器人手可以快速而准确地响应不断变化的输入。任何著名的电子游戏都可以证明这一点，但马力欧在许多玩家心中占有特殊的地位。“我们觉得这是基准游戏，”索科尔说。“当我四五岁的时候，我们买了一台任天堂游戏机，那是我玩过的第一款游戏。”