Recent Progress in 3D Printing of Polymer Materials as Soft Actuators and Robots

机器人 执行机构 3D打印 软质材料 材料科学 软机器人 高分子科学 纳米技术 聚合物 机械工程 计算机科学 工程类 复合材料 人工智能
作者
Xiangren Kong,Min Dong,Miao Du,Jin Qian,Jun Yin,Qiang Zheng,Zi Liang Wu
标识
DOI:10.1021/cbe.4c00028
摘要

With inspiration from natural systems, various soft actuators and robots have been explored in recent years with versatile applications in biomedical and engineering fields. Soft active materials with rich stimulus-responsive characteristics have been an ideal candidate to devise these soft machines by using different manufacturing technologies. Among these technologies, three-dimensional (3D) printing shows advantages in fabricating constructs with multiple materials and sophisticated architectures. In this Review, we aim to provide an overview of recent progress on 3D printing of soft materials, robotics performances, and representative applications. Typical 3D printing techniques are briefly introduced, followed by state-of-the-art advances in 3D printing of hydrogels, shape memory polymers, liquid crystalline elastomers, and their hybrids as soft actuators and robots. From the perspective of material properties, the commonly used printing techniques and action-generation principles for typical printed constructs are discussed. Actuation performances, locomotive behaviors, and representative applications of printed soft materials are summarized. The relationship between printing structures and action performances of soft actuators and robots is also briefly discussed. Finally, the advantages and limitations of each soft material are compared, and the remaining challenges and future directions in this field are prospected.

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