利用炼油副产物硫制作可自行运动的软体机器人……可反复打印与回收的“循环型材料”
利用炼油工艺中被废弃的硫，使其能够自行运动并且可以回收再利用的“循环型4D打印”技术，已由韩国本土研究团队开发成功。作为将工业废弃物转化为先进机器人材料的案例，被评价为在软体机器人和智能材料领域提出了新的可能性。
韩国化学研究院责任研究员 Kim Donggyun（通讯作者）、汉阳大学教授 Wi Jeongjae（通讯作者）、世宗大学教授 Kim Yongseok（通讯作者）联合研究团队于4日表示，他们利用硫高分子，首次在全球范围内实现了对温度、光、磁场等多种刺激作出响应的4D打印技术。研究成果发表在国际学术期刊《Advanced Materials》2025年11月刊。
具有松散网状结构的合成硫塑料可用于3D打印，可通过光或热对结构进行焊接和组装，并具备形状记忆功能。该材料在使用后还能回收，再次打印成新的结构。用这种材料制成的4D打印机器人会对温度、光和磁场作出反应而运动，线状机器人能够越过障碍，夹子型机器人可以搬运物体，胶囊型机器人则可以释放液体。研究团队提供
View original image将废弃物“硫”变为先进材料
在炼油工艺中会产生大量硫副产物。根据美国地质调查局（USGS）数据，以2024年为基准，全球硫产量约为8500万吨。大部分是炼油过程中产生的副产物，由于用途有限，处理成本和环境负担问题持续被提出。
作为这一问题的替代方案而备受关注的材料是“硫塑料”。这是一种以硫为基础合成的高分子材料，与普通塑料不同，它对红外线具有良好透过性，并且对重金属具有优异的吸附能力，因此被认为有望用于红外相机镜头、水质净化材料等领域。
但既有硫塑料的分子结构呈紧密缠绕的“交联结构”，加工性差，难以应用于制造复杂形状的3D打印，这一直是其局限所在。
“连硫也能打印”……全球首例硫塑料4D打印
研究团队通过将硫高分子的内部分子结构设计得更加松散，从而提高加工性，并开发出一种在加热后可以通过喷嘴挤出的新型硫塑料。由此，他们首次在全球范围内实现了以硫为基础材料的3D打印。
在此基础上，研究团队又赋予材料形状记忆功能，实现了“4D打印”技术。所谓4D打印，是指3D打印出的结构体会随着时间推移或在外部刺激下自行改变形状的技术。
此次开发的材料在受到温度或光照时，会变形成预先设计的形状，结构体无需额外的电机或电气装置也能自行运动。
尤其是研究团队还实现了这样一种“激光焊接”技术：只需用激光照射约8秒，材料内部的键合就会断裂并重新连接。无需胶黏剂，即可像乐高积木一样将多个结构体连接起来，构建复杂的4D结构体。
无需电池的“软体机器人”……甚至可以回收再利用
研究团队还在硫塑料中混合约20%的铁粉，开发出一种对磁场有响应的复合材料。由该材料制成的结构体可作为根据磁铁运动而移动或改变方向的微型软体机器人。
在实验中，粗细约1毫米的线状机器人在水中跟随磁铁移动或越过障碍物的动作得以实现。此外，还实现了在达到特定温度时自动张开夹爪以放下物体的结构，以及在一定温度下释放催化剂的化学实验用胶囊结构。
尤其是此次技术的特点在于实现了“打印→使用→回收→再打印”的循环型制造结构。已制备的结构体可以再次熔化作为原料使用，从而大幅减少材料浪费。
责任研究员 Kim Donggyun 表示：“这是首次将工业副产物硫进行升级再造，变成先进机器人材料的案例”，“这种能够自行运动并可回收再利用的智能材料，将成为未来软体机器人和自动化产业的核心技术”。
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