▎打不死的小强为何打不死？

在自然界中，昆虫等小型生物之所以能轻盈穿梭、矫健爬行，靠的正是肌肉的高效率收缩机制，它们小小的肌肉能爆发出惊人的力量。

自然界是科技创新的宝库。近日，西湖大学姜汉卿教授团队受昆虫肌肉收缩机制启发，成功研发出一种革命性的柔性驱动机制。这种“仿生肌肉”让硬币大小的微型机器人也能自主爬行、游泳、跳跃，甚至在野外复杂环境中自如穿梭，为搜救、勘探和医疗等领域带来了新的可能。

相关成果以“Muscle-Inspired Elasto-Electromagnetic Mechanism in Autonomous Insect Robots”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊。

▎传统电机太“笨重”，微型机器人呼唤新机制

动物肌肉作为强有力的驱动器，通过肌纤维的收缩与放松产生必要的输出力和形变，并配合精巧的连接结构，实现了多样而高效的运动模式。然而，当前传统自主机器人受限于刚性电机或“人工肌肉”技术，要么因结构复杂无法微型化，要么依赖高压电、强磁场等特殊环境，难以走向户外。

面对这一挑战，姜汉卿教授团队向“小强”取经，利用弹性力和静磁吸力的平衡来实现机器人类似肌肉收缩的运动，巧妙地设计了一种适用于昆虫尺度软体机器人的电磁弹性体驱动（Elasto-Electromagnetic mechanism,简称EEM）机制。

EEM具有“双稳态”特性——只需很少的能量就能在“开”或“关”的状态下稳定保持，无需持续“发力”。同时，有效突破了柔性与微型系统中传统驱动方式的性能瓶颈，在高输出力、大形变与低电压驱动之间实现了有机统一，也让昆虫尺度的软体机器人能够在复杂户外环境中实现完全自主运动。

该系统的核心在于将柔软的弹性体聚合物材料进行特殊结构化，并嵌入由微小磁体和线圈构成的电磁系统。这种结构设计使其能够模拟生物肌肉收缩的关键特性：强大的瞬时输出力（约210 N/kg，远超其自重）、大幅度的收缩变形（收缩率高达60%）、快速的响应速度（每秒可达60次），并且只需极低的电压（低于4伏） 就能驱动。

最令人称道的是，它完美继承了昆虫肌肉的“双稳态”特性。机器人做出动作后，能在无需持续供电的情况下稳定保持姿态，就像贝类轻松地紧闭外壳一样，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，这种“仿生肌肉”极其坚韧，能承受数百万次的反复运动，甚至从高达30米（约10层楼）的高度跌落也安然无恙，远超传统刚性电机。

▎小身材，大本领：微型机器人实战表现亮眼

为了充分验证这种新型驱动装置的性能，研究人员制造了蠕动式爬行机器人、自驱动游泳机器人、自驱动跳跃机器人等多款昆虫大小的软体机器人原型。

全能运动：这些微型机器人展现出令人惊叹的适应性运动能力——能在粗糙岩石、松软土壤、光滑玻璃等多种表面上自主爬行；能在实验室水槽甚至自然河流中自主游泳；还能实现有力的跳跃。

复杂挑战：测试中，它们不仅完成了预设的障碍路线，还能在执行传感任务（如探测环境信息）的同时进行移动。野外开放环境的测试也证明了其强大的环境适应性和自主导航能力。

潜力无限：这些成功的测试充分展示了该驱动装置的多功能性、强大动力和环境适应性，为微型机器人的实际应用扫清了关键障碍。

研究人员表示，这种肌肉仿生电磁弹性体驱动机制，通过弹性材料的结构创新，显著增强了小型软体机器人的自主性与多功能性。其应用前景广阔，覆盖搜救行动、险境侦察、医疗辅助、关键区域监测等多个领域。

未来，这些如同拥有“钢铁之躯”与“仿生肌肉”的微型机器人，有望成为人类深入险境、探索未知、守护生命的得力助手。当人类学会向自然借智慧，科技便能更好地服务于人类。