作者：许昌瑀（西湖年夜学博士后）；林洋伊（西湖年夜学学生）；姜汉卿（西湖年夜学机械工程讲席传授）

酷寒坚硬的金属骨架、切确运转的齿轮机电……这，是否是你脑中的“呆板人”？实在，还有有一种呆板人：它们没有坚硬的躯壳，而因此柔软的身体摸索世界，它们其实不强壮，却不会容易毁坏——这，就是软体呆板人。它们像章鱼、蚯蚓、水母等天然界生物同样灵动，可以或许弯曲、舒展、钻入狭缝，揭示出史无前例的情况顺应力。

“仿生舞者”，拓展呆板人运用界限

传统呆板人险些都以金属或者硬质塑料为骨架，依赖机电、齿轮、连杆等枢纽关头式布局来运动。它们动作切确、反复性强，可以或许于流水线上日夜不断地完成焊接、装置、搬运等使命，是现代工业中高效的“钢铁工匠”。然而，于繁杂多变、不成预期的情况中，它们往往动作僵直，难以矫捷应答：一个呆板人手臂也许能精准焊接汽车零件，却很难像人手同样柔柔地剥开一枚鸡蛋。

光亮图片/视觉中国

软体呆板人纷歧样！它们的制造灵感来历在天然，如同柔软的“仿生舞者”——摒弃了刚硬的外壳，采用硅橡胶、弹性聚合物、凝胶以致生物构造等柔软质料制造，身体可以或许自由弯曲、舒展、紧缩、扭动，具有穿越狭小空间、贴合不法则外貌，甚至于极度情况下完成使命的能力。

这类柔软的特征，也让软体呆板人更合适与人直接交互。例如，“肌肉骨骼型”仿人呆板人，以类肌肉的柔性布局晋升互动的天然性；可变刚度柔性机械臂，则能于“刚”与“柔”之间矫捷切换，于保障安全的同时贴合人体动作完成协作，让人机瓜葛变患上更及谐。

最近几年来，我国科研团队于软体呆板人研发方面不停推出新结果。如上海交通年夜学研制的仿蛇呆板人，能于狭小通道中蜿蜒前行；哈尔滨工程年夜学研制的仿鱼呆板人，能于深海高压中不变游动；中国科学技能年夜学及西湖年夜学等研制的柔性抓手，能夹起各类外形的物体……这些测验考试都指向统一个标的目的：让呆板人于繁杂情况中更矫捷、更顺应。

于现实运用中，软体呆板人与传统呆板人互为增补，两者经由过程刚柔交融与体系集成走向协同，正于极年夜地拓展呆板人的运用界限，为将来带来无穷可能。

“人工肌肉”，让软体呆板人动起来

没有机电及齿轮，软体呆板人是怎样动起来的？其秘密于在科研职员经由过程多种“人工肌肉”形成怪异的驱动方式，付与呆板人弯曲、舒展与蠕动的能力。

气动驱动是软体呆板人最经典的运动方式。呆板人体内充满各类精良的空腔及通道，当空气或者液体被泵入时，这些腔体就像肌肉纤维同样膨胀、弯曲，驱解缆体舒展或者扭动。只要精准调控差别腔体的压力及充气挨次，呆板人就能完成爬行、夹取甚至翻腾等繁杂动作。它就像一个“会呼吸”的身体，靠气流鞭策全身舞动。近期，荷兰原子与份子物理研究所展示了一种基在气流的软体呆板人，仅靠一根硅胶软管，于气流作用下就能自觉振荡，并经由过程与情况的互动揭示近似动物的步态。这一设计无需繁杂电路，却能让呆板人于动态情况中连结顺应性。

电驱动软体呆板人中，最典型的是介电弹性体驱动（DEA），于柔软的高份子薄膜双侧笼罩柔性电极，施加高电场后孕育发生静电应力，使薄膜厚度被压缩、平面标的目的膨胀，从而实现快速而有力的伸缩。清华年夜学科研团队曾经使用这一技能研制出亚厘米级的软体蠕念头器人，能于狭小管道中高速前行并完成巡检；哈佛年夜学的研究则将多层介电弹性体驱动运用在微型扑翼，让呆板人实现轻快飞行。另外一类是离子聚合物驱动，依赖电场作用下的小离子于聚合物电解质中迁徙并携带水份子，造成双侧体积差异，从而引起总体弯曲，其动作相对于迟缓，但上风是驱动电压极低，与现有锂电池等便携电源技能高度契合，于现实运用中潜力凸起。西安交通年夜学团队就使用这一道理，设计出“旋转—弯曲”双稳态布局，并驱动微型呆板人实现自立爬行与游泳，为低电压软驱动的运用拓展提供了新思绪。

外形影象质料是一类非凡的“热驱动肌肉”，包括外形影象合金（SMA）及外形影象聚合物（SMP）。这种质料的怪异的地方于在可以或许“记住”原始形态，加热时会恢复到设定的外形，冷却后则可以再次被变形并固定。将细丝状的外形影象合金或者柔性的外形影象聚合物嵌入软体布局，就比如于“橡胶肌肉”里埋进了热相应的纤维，每一次通电或者加热，它们城市紧缩或者恢复外形，从而牵引呆板人完成动作。

外场驱动软体呆板人的代表是磁场驱动，于柔软质料中掺入微小的磁性颗粒，经由过程外部磁场操控，使其于力及力矩作用下动员总体布局弯曲或者蠕动。麻省理工学院团队研发的毫米级直径的柔性持续体呆板人，能于繁杂血管模子中矫捷导航。外磁场可以或许无损穿透人体构造，合适医疗运用。当前，磁驱念头器人已经经于动物试验中揭示了进入血管、胃肠等繁杂情况的潜力。

外场驱动软体呆板人的另外一类型是光场驱动。于质料中引入光相应份子或者光热颗粒后，使用激光或者可见光长途触发其弯曲、舒展甚至旋转。光场的空间分辩率极高，可以实现局部切确节制，便在联合光纤用在微创场景中。不少研究团队已经开发出精准可控的光驱动软体布局，好比液晶聚合物(LCP)动态相应质料，可以或许于光照下举行弯曲、滚动、旋转，甚至模仿“光控步行”。还有有研究经由过程将光接收晶体与聚合物复合，制成可于紫外与可见光瓜代照射下快速弯曲并恢复的光控薄膜，可以模仿“光控夹持”动作。

呆板鱼。光亮图片/视觉中国

电磁弹性体驱动软体呆板人是西湖年夜学科研职员发现的全新驱动方式。它的道理就像一场“拉锯战”，一边是橡胶般的弹性体于努力拉伸，另外一边是磁铁之间的吸引力于不停牵引。当没有电流时，两股气力连结均衡，布局处在天然状况；一旦通电，磁力忽然加强，会把弹性体“拉近”，像肌肉纤维同样紧缩起来，经由过程调治电流巨细，便能节制紧缩的幅度及速率。差别在传统的电磁驱动，该机制以软磁及硬磁之间的强磁吸引为重要驱动力，不仅能输出较年夜的气力，还有能于很低的电压下不变事情，更可以经由过程巧妙设计，于断电后连结某种形态而不耗能。使用这一道理，该科研团队已经经研发出可以或许于天然情况中爬行、游泳甚至跳跃的微型呆板人，为将来小巧矫捷、真正自立的软体呆板人提供了新思绪。

直接使用活细胞作为驱动源，是最近几年来软体呆板人成长的新标的目的。科研职员将心肌细胞或者骨骼肌细胞造就于柔性质料上，让它们像于体内同样有节律地紧缩，从而驱动软体呆板人运动，如许的呆板人恍如真的“长”出了能跳动的肌肉。与其他驱动方式差别，这些细胞不仅能自立耗损养分液孕育发生能量，还有具有必然的自愈能力。更有研究经由过程基因革新，使细胞对于光旌旗灯号孕育发生反映，只需一束光照，肌肉便会紧缩，实现精准的“光控指令”。这让软体呆板人间隔真实的仿生生命体又近了一步。

不管采用何种驱动方式，软体呆板人都离不开柔软质料的撑持——硅胶、橡胶以和新型高份子质料。它们就像软体呆板人的“肌肤”，既具备柔韧性又可年夜幅变形，为各类驱动方式提供了靠得住的舞台。正因有了这层“柔性肌肤”，软体呆板人材能于繁杂多变的情况中自由舒展、弯曲与贴合，揭示出传统呆板人难以企和的情况顺应性。

“入境随形”，向柔软智能“生命”进化

“入境随形”是软体呆板人的最年夜魅力。不管是微不雅世界、极度情况，抑或者是人机交互的一样平常糊口场景，软体呆板人总能找到属在本身的使命“路径”，像水同样贴合、渗入、顺应繁杂情况。如今，软体呆板人正慢慢走出试验室，于真实世界中年夜展身手。

于医疗范畴，纤细的软体呆板人可以或许进入人体内蜿蜒的血管或者胃肠道，避开敏感构造，抵达手术刀难以涉及的病灶，完成精准操作而不划伤懦弱的构造。将来，这种呆板人甚至可以设计为可降解质料，于完成使命后逐渐分化，被身体接收，防止二次掏出。最近几年来，我国科研职员已经经开展了基在磁驱动的胃肠道软体呆板人研究，并于动物试验中展示了其可行性，为微创医疗带来新的可能。

水下呆板人抓取臂。光亮图片/视觉中国

于灾难营救与情况探测中，一种可以或许钻入狭窄漏洞的软体探测器，不仅可以于地动废墟中寻觅生命迹象，还有能携带微型传感器，监测温湿度或者有害气体，于繁杂空间内完成旌旗灯号检测，为营救提供要害信息。如浙江年夜学的仿生鱼类呆板人已经乐成潜入万米深海，于高压情况中不变游动，其柔性抓手可于深海完成取样使命。

差别在酷寒的机械臂，于一样平常的人机交互中，软体呆板人拥有暖和的触感，既可为白叟提供辅助照顾护士，也能成为教诲场景中的互动伙伴。最近几年来，一些具身智能呆板人企业也最先研发可变刚度的软体手臂，既能于需要时提供支撑力，又能于接触人体时连结柔软安全，揭示出高度的亲及感，成为陪伴、守护人类的温柔伙伴。

软体呆板人的将来布满无穷可能，但其研发历程中仍面对诸多新难题。

纳米呆板人。光亮图片/视觉中国

起首是驱动与质料机能的限定。与传统机电比拟，软体驱动输着力量较小，而很多智能质料事情前提苛刻，例如高电压或者非凡外场。此外，软体质料于年夜变形时往往体现出显著的非线性特征，加上制备工艺还没有尺度化，使患上机能不变性及反复性难以包管。虽然最近几年来呈现的新型电磁弹性体驱动软体呆板人于输着力及驱动前提上取患了冲破，为软体呆板人带来“肌肉”般的气力，但要真正实现模块化、工程化运用还有需要时间。

其次是节制精准度有待提高。与枢纽关头分明的传统呆板人差别，软体呆板人的整个身体都能变形，拥有险些无穷的自由度。这一特征带来了矫捷性，也让运动节制及传感感知变患上非分特别繁杂。怎样让它们既能像生物同样适应情况，又能不变、靠得住地履行使命，是科研职员正于霸占的难题。

末了，能源与体系集成亟待冲破。比拟传统呆板人，软体驱动器与现有电子、能源及制造系统存于必然“不兼容”，小型电池、芯片及节制电路尚难与柔性驱动单位顺畅集成。总体上，软体呆板人间隔真实的自立化及工程化运用还有有很长的路要走。

挑战并不是拦阻，而是将来的路标。咱们可以更斗胆假想，跟着新质料及智能算法的成长，将来的软体呆板人或许能感知、思索与反映，逐渐进化为一种“柔软的智能生命”。

《光亮日报》（2026年01月08日 16版）

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