大家有没有想过，像蜘蛛侠的灵活动作、小鱼在水中的自在游动，要是机器人也能做到，那得多酷？如今，多功能软机器人正在让这个想法成为现实！它受生物超强适应能力的启发，拥有各种神奇本领。今天，咱们就一起来看看研究人员如何巧妙运用传统编织技术，结合先进材料，打造出能变形、会泵送、还能爬行和游泳的软机器人，探索其中隐藏的奥秘。

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一、引言：从自然到软机器人的灵感跨越

软机器人受自然界生物适应能力启发而发展，旨在用柔性材料和驱动方式模仿生物多功能特性。与传统刚性机器人不同，软机器人环境适应性强，但执行复杂任务仍有挑战，仿生多功能设计成为关键。

研究人员尝试多种柔性材料提升软机器人功能，液晶弹性体（LCE）表现突出。它是热响应材料，能产生大且可逆的驱动变形，加工和可编程性良好。LCE纤维致动器性能优异，但现有产品变形模式受限，阻碍软机器人实现复杂运动。

传统编织技术可拓展致动器变形模式，但存在图案有限、依赖专业知识和设备等问题。受传统绳索编织艺术启发，研究团队提出基于LCE纤维的软致动器设计策略，通过预设编织图案和手工编织，增强致动器功能，简化制造过程，并制作出多种新型致动器。

二、成果：创新材料与多元应用的突破

（一）电动LCE纤维：性能卓越的核心材料

研究制备出毫米级直径的电动LCE纤维，其在通电和断电时会发生可逆的长度变化。实验发现，电流影响纤维的驱动应变和响应速度，0.35A电流下，纤维平均极限力达2.5N，且断裂时内部金属丝保持完好。嵌入电热丝增强了纤维的刚度和承载能力。

（二）多功能编织软致动器：独特设计带来多样功能

研究团队利用电动LCE纤维开发了多种编织软致动器。双捻编织的DTWA在水中响应迅速，驱动力强；圆形四股编织的CFWA能实现可控的径向变形；正交编织的OWA可精确控制尺寸变化；对角编织的DWA能展现复杂的双向变形。

（三）可编程机器人表面：灵活变形的智能平台

为解决传统可变形表面的不足，研究团队设计了可编程机器人表面。它由OWA和被动网格层组成，能实现平面内和平面外的变形，精确控制形状，还可用于物体操纵。

（四）心脏启发的仿生泵：模拟心脏功能的创新装置

受心肌结构和功能启发，研究团队设计了仿生泵。该泵由DWA和弹性腔组成，能模拟心脏运动，实现高效泵送，且耐久性良好，基于此构建的仿生循环系统成功模拟了血液循环。

（五）多功能爬行机器人：适应复杂环境的灵活助手

研究团队设计的多功能爬行机器人由锚固单元和收缩单元组成，能在多种表面稳定爬行，适应不同截面形状。配备传感器后，可用于检测气体泄漏，在自然环境中也展现出良好的适应性。

（六）软体机器鱼：模仿自然的水下精灵

受鳐鱼启发开发的软体机器鱼由DTWA驱动，能通过调节电流实现高效游动，在水下环境中表现出色。

三、讨论：技术优势与未来展望

本研究提出的基于传统绳索编织艺术的策略，在软致动器制造上具有显著优势，制作的致动器性能优异，适用于多种软机器人系统。该策略灵活性强，可采用多种材料，有望拓宽多功能致动器和机器人的应用范围，为未来软机器人发展提供新方向。

四、一起来做做题吧

1、关于软机器人的发展，下列说法正确的是？

A. 软机器人已能轻松在复杂环境执行各种任务

B. 基于仿生学的多功能设计对软机器人发展意义不大

C. 研究人员尝试多种柔性材料提升软机器人功能

D. 现有 LCE 纤维致动器变形模式丰富，无明显局限

2、在电动 LCE 纤维的特性中，以下哪种说法是正确的？

A. 电流大小对其驱动应变和响应速度无影响

B. 断裂时内部金属丝会一同断裂

C. 嵌入电热丝会降低其刚度

D. 能产生大且可逆的驱动变形

3、关于多功能编织软致动器，下列哪一项描述正确？

A. DTWA 在空气中的驱动速度比在水中快

B. CFWA 无法实现可控的径向变形

C. OWA 通过控制电流可实现精确的尺寸变化

D. DWA 只能实现单向变形

参考文献：

Huxiao Yang et al. Weaving liquid crystal elastomer fiber actuators for multifunctional soft robotics. Sci. Adv. 11, eads3058(2025).