来源：稀有金属
增材制造，通常被称为3D打印，提供了构建用于微创手术、假肢和康复的软体医疗机器人所需的几何自由度和多材料集成能力。通过直接制造内部流体通道、梯度结构和患者特异性几何形状，3D打印突破了模塑和组装的限制，实现了真正的个性化。其技术工具涵盖了用于弹性体和水凝胶的挤出式打印、用于高分辨率微器件的光固化成型、用于体素级性能控制的材料喷射以及编码随时间变化形状的4D打印。与此同时，可打印功能材料的进步拓展了驱动、传感和耐久性：液晶弹性体、水凝胶、硅酮、导电和刺激响应型聚合物复合材料、液态金属以及金属颗粒增强复合材料现在具备刺激响应性、自修复性和生物降解性，从而支持闭环控制和生物相容性。
这些功能驱动着从可穿戴康复设备到微创手术工具、植入式系统和无线可吞咽机器人等多种应用，并阐明了每一种设计选择（制造方法或材料）如何与特定的临床功能相对应。我们将近期进展整合到一个统一的框架中，并指出了关键挑战：用于多自由度控制的稳健嵌入式传感器网络；能够在生理压力和消毒条件下保持功能的打印材料；以及用于无线操作的安全板载或无线供电。我们还重点强调了可扩展制造、直观界面以及针对软体机器人设备量身定制的监管途径方面的需求。
1.系统梳理了医疗软体机器人中挤出式打印、槽式光固化、材料喷射及4D打印等关键制造技术，并分析了不同工艺在分辨率、材料兼容性和多材料集成方面的优势与局限。
2.从材料维度构建了完整框架，重点总结了液晶弹性体、水凝胶、硅橡胶、导电/刺激响应聚合物、液态金属和金属颗粒增强复合材料在驱动、传感和医用场景中的功能演进。
3.面向临床转化，文章进一步归纳了软体医疗机器人在实时感知与控制、耐久与灭菌、供能方式以及法规与工作流程适配等方面面临的关键挑战。
日前，暨南大学化学与材料学院刘明贤教授和南通大学纺织服装学院的何昕阳教授的研究团队在 Rare
Metals上发表了题为“Advancements and Applications of 3D Printing Techniques and
Novel Materials in Soft Robotics for Medical
Devices”的综述文章。文章围绕“制造技术—功能材料—医疗应用—临床挑战”这一主线，系统总结了2013—2024年3D打印医疗软体机器人的研究进展，并提出未来软体医疗机器人将朝着多材料一体化、结构功能协同、闭环感知控制与临床可转化方向发展。
3D打印已经从单纯的成形手段，转向“结构—材料—功能”协同设计平台。一方面，不同打印工艺赋予软体机器人在复杂几何制造、微尺度精度控制和一体化封装方面的能力；另一方面，功能材料的发展则使器件在柔性驱动、应变感知、触觉反馈、无线操控和体内适应性等方面持续突破。最终，这种制造策略与材料体系的深度耦合，为个体化康复设备、微创手术器械、体内软体机器人以及靶向治疗平台提供了重要基础。
图1概括了本文的核心观点：医疗软体机器人的进步并不是单靠某一种先进材料或某一种打印技术推动的，而是依赖于材料创新与制造策略的协同演进。正是这种协同，使软体机器人能够逐步走向可穿戴康复、微创手术、植入诊疗以及体内靶向治疗等多样化医学应用，也为后文分别展开讨论打印方法、功能材料和临床应用奠定了整体框架。
图2展示了熔融沉积成型在快速构建软硬复合抓手方面的优势，直接墨水书写在打印刺激响应复合层和实现卷曲抓取方面的能力，立体光固化在微尺度、多功能水凝胶机器人中的高分辨率优势，以及材料喷射和数字光处理在一体化集成驱动、传感和流体模块方面的潜力。图中最后还引出了4D打印，通过将形状记忆组分和柔性基体整合到同一器件中，使软体执行器具备随时间或外界刺激发生可逆形变的能力。整张图想表达的重点是：3D打印在软体机器人中已经不再只是“把结构做出来”，而是在制造过程中直接完成了功能写入、材料编程和多模块集成。
图3体现了软体机器人最接近终端应用的一类方向，即康复辅助与运动支持。图中涵盖了下肢外骨骼、纺织外骨骼、手部康复手套和上肢辅助系统等代表性案例。文章指出，这些装置之所以能够相较传统刚性系统更适合长期穿戴，一个关键原因就在于3D打印帮助实现了轻量化、柔顺贴合和个体化设计，同时还能将传感单元、驱动模块和支撑结构更紧密地整合在一起。该部分并不是简单地展示几种设备，而是在强调一个临床导向的事实：当软体机器人真正落到康复场景时，最重要的并不是装置看起来多先进，而是它是否能够提供舒适、安全、贴合且可持续使用的人机交互体验。
图4展示了软体机器人在微创介入和内镜场景中的几种关键能力。文中既包括能够在跳动心脏附近同步操作的无电机软体机械臂，也包括带有嵌入式传感器的主动脉根部模型、集成体内3D生物打印与激光消融功能的柔性内镜平台，以及可在磁共振环境下工作的软体操控器。通过这些案例，文章想说明的是，软体机器人在手术场景中的优势不仅仅是“更柔软”，而是它更容易适配复杂解剖路径、更适合与实时影像系统耦合，也更有潜力把导航、操作、感知和治疗集成到同一平台。
图5把当前限制医疗软体机器人尤其是软体导管进一步临床转化的几类核心瓶颈做了清晰归纳，包括实时形状与力反馈困难、材料长期耐久性与灭菌适配不足、无缆系统供能受限，以及临床流程适配和监管验证标准尚不完善。正文进一步指出，这些问题并不是孤立存在的，而是涉及材料、传感、建模、控制、能源和临床工作流之间的系统耦合。也正因为如此，未来的发展方向不会只是继续优化单一材料性能，而需要同步推进嵌入式传感、物理建模、无线供能、耐久封装和临床验证体系的建设。其意义在于把全文从“已有进展总结”进一步推进到“下一步真正该解决什么问题”的层面。
全文小结
1.3D打印为医疗软体机器人提供了传统模具和组装工艺难以实现的制造自由度，能够直接构建内部流体通道、梯度结构和患者个体化几何形貌，从而推动软体医疗器件向复杂化、精准化和定制化发展；
2.挤出式打印、槽式光固化、材料喷射及4D打印等技术各具优势，分别适用于高黏度弹性体与水凝胶成形、微尺度高精度器件制造、多材料一体化集成以及时间响应结构构筑，共同构成了医疗软体机器人的核心制造工具箱；
3.液晶弹性体、水凝胶、硅橡胶、导电/刺激响应复合材料、液态金属和金属颗粒增强体系等新型可打印功能材料，显著拓展了软体机器人的驱动、感知、自修复、生物相容和可降解等能力，使其逐步从“柔性结构”发展为“功能集成系统”；
4.基于上述制造技术与材料体系，3D打印软体机器人已经在可穿戴康复辅助、微创手术工具、植入式器件和无缆摄入式机器人等方向展现出广阔应用前景，体现出与复杂人体组织环境更高的匹配性和更低的创伤风险；
5. 尽管该领域发展迅速，但其进一步走向临床仍面临多重挑战，包括多自由度条件下稳定可靠的嵌入式传感网络、材料在生理应力与灭菌环境中的长期稳定性、无缆系统的安全供能，以及面向软体医疗器械的规模化制造、友好人机界面和法规审批路径；
6. 总体而言，文章表明医疗软体机器人的未来突破，不仅依赖单一材料性能提升或单一打印工艺优化，更依赖材料创新、制造策略、系统集成与临床需求之间的协同推进。
作者简介
刘明贤，暨南大学化学与材料学院教授/博导。材料科学与工程系主任，教师党支部书记。国家863计划青年科学家、广东省杰青、广东省特支计划青年拔尖人才、广州市珠江科技新星。美国Louisiana
Tech University访问学者。长期从事纳米生物材料研究，特别是埃洛石纳米管和甲壳素纳米晶。至今以第一/通讯作者在Prog Polym
Sci、Nat Commun、Adv Funct Mater、ACS Nano、Adv Sci、Nano Energy、Nano
Today、Bioactive Mater、Small、Chem Eng
J等国际重要期刊上发表SCI论文138篇，其中9篇为封面论文，9篇论文入选ESI高被引论文。入选英国皇家化学会材料领域Top 1%
高被引中国作者，全球前2%顶尖科学家榜单。论文被引用12000余次(Google Scholar)，H-index
61。申请专利12项，其中8项已授权。编写《埃洛石纳米管及其复合材料》学术专著，由科学出版社出版。主持11项国家和省部级项目，包括863计划青年课题、国家自然科学基金面上(3项)和青年项目。2019年获非金属矿科学技术奖励一等奖(排名1)，2020年获广东省自然科学二等奖(排名1)。担任Applied
Clay Science、Hybrid
Advance、《非金属矿开发与应用》、《材料研究与应用》等期刊编委。中国生物材料学会纳米生物材料分会委员、中国生物材料学会海洋生物材料分会秘书长和常委委员、中国硅酸盐学会矿物材料分会理事、广州市橡胶学会理事。
何昕阳，男，1997年生，中共党员，江苏连云港人，南通大学校聘副教授，博士毕业于东华大学纺织工程专业。博士期间在新加坡国立大学Ouyang Jianyong教授团队联合培养一年。入选首批“中国科协青年人才托举工程博士生专项计划”。获第29届国际纤维增强聚合物研究奖“Young Researcher Award”，获“上海市优秀毕业生”。近五年来，发表SCI论文40余篇，发表论文被引1400次，目前h-index为18。其中，以第一作者（共同一作）及共同通讯在Nature Communications、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Engineering等国际高水平权威期刊发表论文20篇，其中4篇论文入选ESI高被引论文。以第一作者参与撰写英文专著一章。担任Chinese Chemical Letters、Carbon Neutralization、Smart Materials and Devices 、Materials Futures等杂志青年编委，Research和《纺织学报》编辑助理。长期担任Textile Research Journal、Carbon Neutralization、Clean Energy Science and Technology等期刊的审稿人。
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