人类依靠肌肉骨骼协同，同一副身体即可完成奔跑、负重、游泳等多样动作，而微型机器人想要兼顾变形、运动与负重，传统方案往往要堆砌大量电机机构，挤占本就有限的电池与载荷空间。近日，清华大学与北京航空航天大学团队在《Science Advances》发表研究成果，打造形态可编程、动力学可调的人造肌骨致动器，实现形态与运动性能的独立调控，以此开发出两款功能丰富的微型机器人。
这套肌骨致动器由骨骼、肌肉两大模块串联构成。骨骼模块采用液晶弹性体与形状记忆聚合物，通电加热完成形变，冷却之后锁定身体构型，能够维持多种中间形态。肌肉模块集成介电弹性体与调刚度聚合物，介电弹性体提供高速周期性运动，形状记忆聚合物调节整体刚度。两套电信号互不干扰，可以分别调整机器人外形、肌肉软硬、振动频率与动作幅度。肌肉调软，动作幅度更大；调至高刚度，则承载传力能力显著提升。依托这套模块化组件，科研人员还搭建出孔雀、啄木鸟、蝎子等仿生致动器，复现各类生物动作。
基于该技术，团队研制出 1.8 克的可变形微型机器人，能够在四足与人形构型之间可逆切换。四足模式下机器人交替振动前行，还可以压低身体穿过 5 毫米的狭窄通道，运动速度最高可达每秒 3 个身长；切换至高刚度状态，可承载超过自身 3 倍，也就是 6 克的负载。切换为人形模式后，前肢脱离地面，搭载夹爪就可以完成抓取、抛投物体的操作。
另一款仿蜜袋鼯无线机器人整机重 6.4 克，集成驱动模块、可展开翼膜、载物舱、微型锂电池与轻量化控制电路。收拢状态能够爬坡、地面行进；展开载物舱可以包裹不同物件完成搬运；张开翼膜，既可以漂浮水面游动，也能从高处下落实现滑翔着陆，落地后无需重组，直接恢复地面运动。形态展开所消耗电能占电池容量比例很低，系统可连续运行约 20 分钟。
该研究的核心思路是，不再依靠增加执行器堆砌功能，而是通过重构自身身体结构适配不同任务。不过整套方案依旧存在短板：骨骼电热变形速度偏慢，介电弹性体长期可靠性有待提升，机载高压电路仍有优化空间，现阶段机器人依靠遥控操作，还没有实现环境感知与自主决策闭环。未来计划加装惯性、光学、压力传感器，让机器人可以根据环境自主切换身体构型、肌肉刚度与运动模式，在狭小空间巡检、灾后探测等场景挖掘应用潜力。