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▎打不死的小強為何打不死？

在自然界中，昆蟲等小型生物之所以能輕盈穿梭、矯健爬行，靠的正是肌肉的高效率收縮機制，它們小小的肌肉能爆發出驚人的力量。

自然界是科技創新的寶庫。近日，西湖大學姜漢卿教授團隊受昆蟲肌肉收縮機制啟發，成功研發出一種革命性的柔性驅動機制。這種“仿生肌肉”讓硬幣大小的微型機器人也能自主爬行、游泳、跳躍，甚至在野外復雜環境中自如穿梭，為搜救、勘探和醫療等領域帶來了新的可能。

相關成果以“Muscle-Inspired Elasto-Electromagnetic Mechanism in Autonomous Insect Robots”為題，發表在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊。

▎傳統電機太“笨重”，微型機器人呼喚新機制

動物肌肉作為強有力的驅動器，通過肌纖維的收縮與放松產生必要的輸出力和形變，并配合精巧的連接結構，實現了多樣而高效的運動模式。然而，當前傳統自主機器人受限于剛性電機或“人工肌肉”技術，要么因結構復雜無法微型化，要么依賴高壓電、強磁場等特殊環境，難以走向戶外。

面對這一挑戰，姜漢卿教授團隊向“小強”取經，利用彈性力和靜磁吸力的平衡來實現機器人類似肌肉收縮的運動，巧妙地設計了一種適用于昆蟲尺度軟體機器人的電磁彈性體驅動（Elasto-Electromagnetic mechanism,簡稱EEM）機制。

EEM具有“雙穩態”特性——只需很少的能量就能在“開”或“關”的狀態下穩定保持，無需持續“發力”。同時，有效突破了柔性與微型系統中傳統驅動方式的性能瓶頸，在高輸出力、大形變與低電壓驅動之間實現了有機統一，也讓昆蟲尺度的軟體機器人能夠在復雜戶外環境中實現完全自主運動。

該系統的核心在于將柔軟的彈性體聚合物材料進行特殊結構化，并嵌入由微小磁體和線圈構成的電磁系統。這種結構設計使其能夠模擬生物肌肉收縮的關鍵特性：強大的瞬時輸出力（約210 N/kg，遠超其自重）、大幅度的收縮變形（收縮率高達60%）、快速的響應速度（每秒可達60次），并且只需極低的電壓（低于4伏） 就能驅動。

最令人稱道的是，它完美繼承了昆蟲肌肉的“雙穩態”特性。機器人做出動作后，能在無需持續供電的情況下穩定保持姿態，就像貝類輕松地緊閉外殼一樣，大大提高了能源利用效率。并且，由于主要材料是柔性聚合物，這種“仿生肌肉”極其堅韌，能承受數百萬次的反復運動，甚至從高達30米（約10層樓）的高度跌落也安然無恙，遠超傳統剛性電機。

▎小身材，大本領：微型機器人實戰表現亮眼

為了充分驗證這種新型驅動裝置的性能，研究人員制造了蠕動式爬行機器人、自驅動游泳機器人、自驅動跳躍機器人等多款昆蟲大小的軟體機器人原型。

全能運動：這些微型機器人展現出令人驚嘆的適應性運動能力——能在粗糙巖石、松軟土壤、光滑玻璃等多種表面上自主爬行；能在實驗室水槽甚至自然河流中自主游泳；還能實現有力的跳躍。

復雜挑戰：測試中，它們不僅完成了預設的障礙路線，還能在執行傳感任務（如探測環境信息）的同時進行移動。野外開放環境的測試也證明了其強大的環境適應性和自主導航能力。

潛力無限：這些成功的測試充分展示了該驅動裝置的多功能性、強大動力和環境適應性，為微型機器人的實際應用掃清了關鍵障礙。

研究人員表示，這種肌肉仿生電磁彈性體驅動機制，通過彈性材料的結構創新，顯著增強了小型軟體機器人的自主性與多功能性。其應用前景廣闊，覆蓋搜救行動、險境偵察、醫療輔助、關鍵區域監測等多個領域。

未來，這些如同擁有“鋼鐵之軀”與“仿生肌肉”的微型機器人，有望成為人類深入險境、探索未知、守護生命的得力助手。當人類學會向自然借智慧，科技便能更好地服務于人類。