输入嵌入模式显示纤维挤出机被添加到水凝胶中 图片来源：卡内基梅隆大学生物混合和有机机器人小组

顾名思义，水凝胶一开始是单体的液体形态。这种粘稠液体可以由合成或天然材料制成，从聚酯到海藻酸钠，可以用作3D打印的墨水。墨水首先装入注射器，然后以细丝的形式通过针头泵入，并在3D打印后固化形成多维结构，就像果冻先以液体形式混合，然后变成柔软的、可弯曲的甜点。当水凝胶放置在正确的环境中时，液体中的单体会交联形成聚合物，从而使水凝胶成形并使其捕获水分。

您可能会想象这些柔软的材料也很脆弱——这是将水凝胶用于机器人应用的一个缺点。为了解决这个问题，让水凝胶能够用于更多种类的任务和恶劣的环境中，研究团队设计了一种连续纤维挤出机，这是一种增强水凝胶的装置，因此它们在加载时不会轻易破裂或变形。之前创建了3D打印机，首次测试了纤维挤出机。

3D 打印设备对于使纤维挤出机能够增强水凝胶至关重要

在打印过程中将纤维嵌入水凝胶中可以增强它们的机械性能，因此它们不会那么脆弱。创建一个开源的、市售的纤维挤出机将有利于未来的水凝胶研究。该团队的挤出机设计不仅相对便宜，约为53美元，而且还与许多家用3D打印设备兼容，并且已在嵌入合成纤维和天然纤维（包括丝绸和胶原蛋白）的水凝胶中成功测试。该团队的论文发表在HardwareX上，几乎可以为其他想要试验纤维嵌入水凝胶3D打印的研究人员提供一个范式。

这篇论文描述了研究人员如何构建光纤打印中心的整个过程，这样其他人就可以参考已有的工作，然后在没有额外指导的情况下构建自己的工作。

当水凝胶保持其结构完整性时，它们可以应用于更广泛的情况。它们的灵活性和柔软性等独特属性使它们成为药物输送和组织工程的理想工具，但坚固的身体为柔性机器人中更广泛的任务打开了大门。由于连续纤维挤出机可以很好地与胶原蛋白和海藻酸盐等天然材料配合使用，增强水凝胶有望成为柔性机器人的适应性材料，而且它们也是一种环保材料。大家对如何在机器人中使用可生物降解材料非常感兴趣，这些基于植物的水凝胶是一个非常有趣的方向。