小鹏IRON被剪开后的真相：为什么人形机器人的肌肉只能是3D打印？

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Iron被剪开的那一刻

小鹏Iron发布会后的第二天，网络上炸了。

不是因为这台人形机器人走得有多稳，也不是因为它的动作有多流畅，而是因为它走得太像真人了。

质疑声铺天盖地：机器人里是不是套了个真人?

何小鹏坐不住了。

他做了一件在机器人发布史上前所未有的事，先是拉开了Iron背后的拉链；

展示了肌肉：

更是剪开了机器人的腿部肌肉。

展示完之后，Iron默默的衣冠不整的走下了台...

剪刀划过Iron的身体和腿部，露出的不是电机齿轮的机械结构，而是密密麻麻的、规则排列的、看起来像蜂窝又不完全是蜂窝的结构。

AM易道读者都能看出这是3D打印晶格结构，之后3D打印行业朋友圈随后确认：

这是光固化制造的3D打印弹性体晶格结构。

这一刀，剪开的不只是外壳，更是一个长期被3D打印行业低估的应用市场：人形机器人的仿生肌肉。

为什么人形机器人的肌肉必须用3D打印?

为什么是光固化弹性体，而不是传统的硅胶、橡胶或者多材料复合？

技术选择背后，藏着怎样的技术逻辑和产业机会?

带着这三个问题，AM易道找到了三个小鹏机器人之外关键研究和案例，它们分别来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)2025年发表在Science Advances上的研究；

一篇关于DLP柔性机器人器件的Nature子刊综述；

以及NASA马歇尔航天中心的HULK项目。

这三个案例，共同指向一个结论：

光固化弹性体3D打印，正在成为仿生肌肉的标准答案。

案例一：瑞士EPFL的大象机器人，单材料的力学魔法

为什么从大象说起

在自然界，大象是软硬结合的极致典范。

它的鼻子由超过4万块肌肉组成，没有一根骨头，却能举起270公斤的重物，也能捡起一枚硬币。

它的腿部有粗壮的骨骼和强韧的肌腱，支撑着6吨的体重，还能以每小时40公里的速度奔跑。

这种从柔软到刚硬的连续过渡，正是人形机器人肌肉系统梦寐以求的特性。

人形机器人的躯干需要像象鼻一样灵活，腿部需要像象腿一样坚固。

但问题是，怎么用一种材料实现这种跨度?

生物体内，从脂肪到骨骼，刚度跨越了近六个数量级(从kPa到GPa)。

传统的多材料3D打印可以做到，但界面容易失效，工艺复杂，成本高昂。

瑞士EPFL的研究团队给出了一个更优雅的答案：不换材料，换结构。

他们用一种光固化弹性树脂，通过两种几何编程方法，创造出了超过100万种不同力学性能的晶格结构，覆盖了从软组织到骨骼的全部刚度范围。

两个核心方法：让一种材料拥有无限可能

第一个方法叫拓扑调控(Topology Regulation，TR)，用来实现连续的力学变化。

简单来说你手里有两种基础晶格：一种叫bcc(体心立方)，像海绵一样各向同性，受力均匀；

另一种叫XCube，像肌肉纤维一样有明确的方向性，某个方向特别硬，其他方向特别软。

TR方法的核心，就是在这两种晶格之间连续混合。

通过一个叫拓扑指数(TI)的参数，从0到1无限调节，0是纯bcc，1是纯XCube，中间是各种比例的混合体。

这就像调节音量旋钮，TR让材料性能也能连续调节。

看看上面的示意图，生物体内的组织刚度从脂肪的0.1 kPa到骨骼的30 GPa，跨越了九个数量级。

虽然单一弹性树脂无法覆盖全部范围，但通过TR方法，可以在25-300 kPa的杨氏模量和1.38-40 kPa的剪切模量之间自由调节，足以覆盖从软组织到结构组织的需求。

第二个方法叫叠加编程(Superposition Programming，SP)，用来实现离散的精确控制。

它有两个子方法：方向叠加(DSP)和平移叠加(TSP)。

简单来说，DSP改变晶格单元的旋转方向，就像把几个乐高积木按不同角度拼接；TSP改变晶格单元的空间位置，就像把积木错位排列。

通过这两种叠加方式，同一个基础晶格可以生成28种不同的单元，四个单元的组合就上百万种可能。

TR和SP的组合，让单一材料拥有了无限可能。

不需要换材料，不需要多喷头，只需要改变几何结构，就能在同一次打印中实现从柔软到刚硬的全部性能。

从理论到实践：大象机器人的肌肉系统

有了这两个方法，EPFL团队打印了一只完整的大象机器人，包括能扭能弯的象鼻和能走能跳的象腿。

象鼻：连续变形的软体躯干

象鼻被设计成三段：扭转段、弯曲段和螺旋段。每一段都用上述方法实现了不同的刚度分布。

上图展示了这三种运动模式的实际效果。

关键是，这三段是在同一次打印中完成的，材料没变，只是每个位置的晶格拓扑不同。

象腿：离散关节的刚性骨骼

如果说象鼻展示了TR方法的连续性，象腿则展示了SP方法的离散性。

EPFL团队设计了三种关节，对应生物体内的不同关节类型。

下图很重要，因为这些关节类型在人形机器人中也会涉及。

三种关节分别是：

平面关节可以双向滑动；单轴关节可以单向弯曲(±50度)；双轴关节可以全向弯曲(约40度)。

所有关节都采用相同的设计逻辑，用多重叠加的晶格构建刚性骨骼，用低重数叠加或bcc晶格构建柔性韧带，通过晶格叠加程度控制刚度，无需更换材料。

完整系统：软硬结合的整体设计

下图展示了完整的大象机器人。

它的躯干是连续渐变的软体结构，四条腿是离散分布的刚性关节，足部则是混合设计。

机器人的性能令人惊讶。

躯干可以抓取直径从0.1毫米到100毫米的物体，举起自重三倍的负载。

腿部可以支撑自重(3.89公斤)加上额外4公斤的负载，还能单腿站立，用另一条腿踢球。

步行速度约7.5毫米/秒，步长150毫米。

所有这些，都是用同一种F80弹性树脂，在同一台DLP打印机上完成的。

为什么是光固化3D打印？

选择光固化，不是偶然。

相比于FDM和DIW的逐线堆积，打印精度受限于喷嘴直径，通常在0.2-0.4毫米。

而光固化分辨率商用设备可达数十微米，研究级可达1微米。

对于晶格梁厚度只有0.5-1.5毫米的复杂结构，这种精度差异是决定性的。

更关键的是表面质量。

以目前的技术进展，FDM逐层堆积会留下明显的台阶纹理，DIW挤出的圆柱形线条在接触处会产生应力集中。

光固化相对来说，表面光滑纹理弱，这对晶格结构的力学性能至关重要。

因为粗糙表面可能会成为裂纹起点，降低疲劳寿命。

从材料兼容性看，光固化支持的材料体系非常广泛：水凝胶、弹性体、离子凝胶、液晶弹性体，甚至通过浆料可以打印金属和陶瓷。

大象论文中使用的F80弹性树脂是一种通用的光固化弹性体，通过调节光照强度和时间，可以在一定范围内调节固化度，进一步增强了性能的可调性。

最重要的是设计自由度，光固化优势在于，它可以直接打印绝大部分可以用三角网格描述的形状，包括悬浮特征、连续渐变的拓扑场、离散分布的复杂组合，以及用于肌腱布线的内部腔体和通道。

案例二：从Nature综述看DLP柔性器件的更广阔版图

如果说大象机器人展示了DLP在仿生肌肉上的深度，那么2025年发表在Microsystems & Nanoengineering上的一篇综述，则展示了DLP在整个柔性器件领域的广度。

这篇题为Digital light processing 3D printing of flexible devices的综述，系统梳理了DLP在三大方向的应用：软体驱动器、柔性传感器和能量器件。

AM易道认为，虽然这篇综述涵盖的领域很广，但对于理解仿生肌肉的技术脉络，它提供了一个更完整的坐标系。

上面是这篇综述的总览图，它把DLP光固化3D打印柔性器件的全景展开：

左边是软体驱动器，包括气动驱动器和智能材料驱动器;

中间是柔性传感器，包括应变/压力传感器和电生理传感器;

右边是能量器件，包括纳米发电机和超级电容器。

而贯穿所有这些应用的，是DLP打印和光固化软材料，包括水凝胶、弹性体、离子凝胶、液晶弹性体和液态金属。

软体驱动器：不止是肌肉

除了EPFL文章展示的被动肌腱驱动，综述介绍了更多主动响应的驱动方式。

气动驱动器是最成熟的一类，过去AM易道也大量分享过类似成果。

通过在弹性体内部打印气腔，充气时产生膨胀和变形。

DLP用灰度图案控制光照强度，从而控制固化程度，在单次打印中就能实现从高弹到半刚性的连续过渡。

这种梯度设计可以让同一个气动驱动器产生拉伸、扭转、收缩或弯曲等不同运动模式，性能比均匀结构提升30%以上。

液晶弹性体(LCE)则是热响应驱动器的代表。

LCE的分子链在加热时会从有序排列变为无序，产生可逆的宏观收缩，形成各向异性结构。

这种LCE驱动器可以实现抓取、爬行、举重等复杂动作，而且响应速度快、输出力大。

形状记忆聚合物(SMP)则提供了可编程的形变能力。

通过在不同温度下加载和卸载应力，SMP可以记忆多个形状并在温度变化时切换。

这些智能材料驱动器和人形机器人的被动肌肉结构并不矛盾，反而可以互补：

被动晶格结构提供基础刚度和运动模式，主动智能材料提供局部的精细控制和快速响应。

柔性传感器：为肌肉装上神经

仿生肌肉不能只会动，还得有感知。DLP3D打印的柔性传感器正在解决这个问题。

电阻式传感器基于离子导电水凝胶或离子弹性体，当材料变形时，导电路径改变，电阻随之变化。

通过DLP打印成网格状或多孔结构，可以提高贴合性和灵敏度。

最令人兴奋的是，这些传感器可以在同一次打印中与肌肉结构集成。

多材料DLP可以在打印气动驱动器的同时，嵌入压力传感器、温度传感器和弯曲传感器，实现真正的本体感知。

综述还总结了DLP3D打印柔性器件的未来方向：标准化工艺、混合打印、多材料集成、复杂几何、多功能墨水、高效光化学、多样材料选择以及计算设计与测试。

这些方向都指向一个目标：让3D打印成为柔性智能系统的通用制造平台。

案例三：NASA的HULK机器人肌肉项目

如果说前两个案例展示的是技术的可能性，那么NASA马歇尔航天中心的HULK项目，则展示了技术的可行性。

HULK，全称是Highly dexterous Unmanned Lunar-surface Kinematics，是NASA为月球和火星任务开发的人形机器人。

NASA选择了光固化3D打印柔性材料来构建HULK的肌肉系统。

材料选择是Agilus30，这是一种Shore A硬度30-35的光敏弹性体。

它的断裂伸长率在220-270%之间，抗撕裂强度高，而且可以承受真空和温度循环(从-40°C到+80°C)。

可以看到，和小鹏IRON类似，HULK的肌肉系统使用了晶格结构。

HULK的肌肉系统采用了密度渐变设计：从高密度(刚性区)到低密度(柔性区)平滑过渡，模拟肌肉-肌腱-骨骼的自然过渡。

这种设计和大象机器人的拓扑渐变有异曲同工之妙，只是实现方式不同。

大象机器人通过混合bcc和XCube改变晶格类型，NASA通过改变gyroid的相对密度。

但本质都是：通过几何结构的渐变，用单一材料实现多种力学性能。

据公开信息，HULK经过了数百次的真空热循环测试和数千次的运动循环测试，没有出现明显的性能退化。

这说明3D打印的弹性体结构，不仅性能好，而且足够可靠，可以用于极端环境。

当机器人被剪开，我们看到了什么

回到开头的问题：

为什么人形机器人的肌肉必须用3D打印，特别是光固化弹性体?

现在，答案已经很清楚了。

AM易道答案一：成熟的3D打印技术用单一材料就可以满足从柔软到刚硬的跨度要求。

生物体内，从脂肪到骨骼，刚度跨越了近九个数量级。

虽然没有一种材料能覆盖全部范围，但通过几何编程，无论是EPFL的拓扑混合、NASA的密度渐变，还是其他的结构优化。

通过3D打印，单一弹性材料可以覆盖从kPa到数百kPa的范围，足以满足软体躯干和刚性骨骼的需求。

AM易道答案二：传统制造根本无法实现复杂的渐变结构。

仿生肌肉的核心不只是材料，而是结构设计。

铸造、锻造、光刻，这些传统工艺都有各自的几何限制。

只有3D打印，能够在三维空间中任意分布不同的晶格类型、不同的密度、不同的连接方式，实现真正的几何自由。

AM易道答案三：光固化在速度、精度、成本上达到了最优平衡。

相比于其他3D打印技术，前面已经分析过了。

三个案例，三个角度，共同指向一个结论：

光固化弹性体3D打印，正在成为仿生肌肉的标准答案。

但这不是终点。

材料端，光固化弹性树脂的性能还有很大提升空间。

如何进一步扩大刚度范围，如何提高疲劳寿命，如何增强环境适应性，这些都是材料科学家正在攻克的问题。

设备端，大幅面、高速度的DLP打印机是刚需。

人形机器人的躯干可能需要更大的打印幅面。

另外就是晶格结构还有利于散热，这个大话题未来得新开一篇文章来讲。

当Iron被剪开的那一刻，何小鹏证明了机器人里没有真人。

这一刀剪开的，是一个3D打印巨大应用市场的大门。

诚如网友所说的，当《西部世界》类似场景哪怕只到来1%，3D打印的需求将大爆发。

难以区分的人形机器人显然将成为新的行业引爆点，而人形机器人的3D打印肌肉，也将从实验室走向产线。

对于人形机器人的物理存在而言，不论是肌肉和还是皮肤，3D打印光固化弹性体不会是唯一的答案，但显然已是当下最可行的答案。

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