美国研发无马达机器人Metabots：数百种形态自由变形
美国北卡罗来纳州立大学的研究团队最近在软体机器人领域取得突破性进展，成功研发出一种无需马达驱动的薄片机器人"metabots"。这种新型机器人通过特殊材料设计，可实现远程操控的形态变化与复杂运动，为自适应机器人技术开辟了新路径。
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该机器人主体由带孔的聚合物薄膜构成，表面涂覆的特殊薄膜赋予其电场或磁场响应能力。研究团队负责人殷杰教授解释，这些薄膜作为执行器，通过外部信号触发形状变化，使原本平坦的薄片能够自主完成滑动、抓取、跳跃甚至爬行等动作。实验数据显示，单个薄片单元可稳定保持20种不同形态，而四片组合通过折叠可产生256种重构状态。
论文第一作者周才志博士指出，metabots的核心优势在于其高可重构性。通过调整薄膜中压电材料的电压与频率，机器人可产生可控振动，实现原地转向或速度调节。例如，在模拟复杂地形的测试中，四片连接的机器人能根据障碍物特征自动切换平坦模式与立体折叠模式，完成抓取、搬运等任务。
研究团队将这种设计称为"多稳态薄壳超结构"，其原理是通过切割与粘合工艺，在聚合物薄膜中预存弹性能量。当与磁力、电力双响应软执行器结合时，机器人可演变为通用非侵入式软抓手、多步态跳跃器或双驱动爬行器。实验视频显示，某原型机能在狭窄管道内通过折叠身体改变步态，成功穿越障碍区域。
《科学进展》期刊发表的论文详细阐述了这种超结构的编程机制。研究人员强调，metabots的适应性源于材料与结构的双重创新：聚合物薄膜提供基础形态库，执行器薄膜赋予动态响应能力，二者协同实现按需变形。在能耗测试中，该系统相比传统马达驱动机器人节能达70%，且制造成本显著降低。
目前，研究团队已开发出磁力驱动、电力驱动及双响应混合驱动的多种原型机。其中，磁力跳跃器可实现5厘米垂直起跳，电活性爬行器能在0.1赫兹频率下完成每秒2厘米的定向移动。殷杰教授透露，下一步将优化材料耐久性，并探索医疗、救援等场景的应用潜力。
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