研究人員開發出一種 3D 打印策略，用以製造可程式化的人工肌肉。哈佛大學工程與應用科學學院（Harvard SEAS）及 Wyss Institute 的研究人員從自然界中纖細且捲曲的纖維汲取靈感，例如葡萄藤及大象鼻管。這使得軟性合成材料能夠因應溫度變化而執行複雜動作，例如彎曲、扭轉及收縮。
旋轉多材料 3D 打印
標準 3D 打印屬於線性過程。然而，Lewis 實驗室採用名為旋轉多材料 3D 打印的技術，製造出模仿生物肌肉運動的纖維。值得注意的是，該系統配備旋轉噴嘴，能夠透過此旋轉頭擠出並泵送兩種不同材料。其中一種為「主動」材料，另一種為「被動」材料，兩者均可形成螺旋內部結構。主動材料為液態晶體彈性體（LCE），是一種關鍵聚合物，遇熱時會物理收縮。相反，被動材料（軟性彈性體）則保持靜止。
當成品纖維受熱時，收縮的 LCE 與堅硬的被動彈性體之間的內部拉鋸效應，迫使整條纖維彎曲、扭轉或捲曲。此過程產生螺旋排列，決定纖維的彎曲或扭轉方式；受熱時，主動材料抵抗被動引導的阻力而收縮，從而觸發預定複雜形變，無需手動組裝。 「結果是一條纖維，其自然曲率及扭轉在啟動時已於打印期間預程式化——無需多層組裝或機械後處理。打印期間的旋轉速率對個別纖維受熱時的形變有強烈影響，」團隊指出。
與力學及分子排列專家合作，透過先進 X 射線散射驗證及預測這些材料的行為。確立單一纖維程式化後，這些纖維成為複雜架構結構的構建塊，例如正弦波纖維。研究人員開發出功能原型，例如溫度敏感主動濾網及多物件夾持器。這些結構的運動由主動彈性體位置決定：置於外曲線可使格子擴張及打開，置於內曲線則導致收縮及夾持。此可程式化架構使簡單纖維轉變為複雜裝置，能精準捕捉粒子或同時操作多物件。
初步開發後，目前可擴展性工作聚焦微型化——自訂噴嘴及專用墨水已製造出直徑僅 100 微米的纖維。未來發展旨在進一步縮小尺寸，同時整合多功能組件。「在可擴展性方面，未來可製造更複雜噴嘴，整合其他材料——例如加入液態金屬通道以實現致動，或整合其他功能，」研究生兼合著者 Jackson Wilt 表示。 雖然液態晶體彈性體仍處於工業採用的早期階段，此新打印框架預計將人工肌肉推向軟性機器人、能量阻尼及生物醫學等實際應用。
該技術可製造可重配置夾持器，用於精細多物件操作，以及溫度可調閥門用於流體控制。最值得注意的是，可注射自鎖纖維的潛力，為生物醫學需求提供有前景解決方案。研究結果刊登於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。
