移動、起跳、翻轉、落地、再次起跳……在恆定紅外光照下，一個毫米級的軟體機器人正自主完成連續跳躍。近期，美國北卡羅來納州立大學研究團隊在《美國國家科學院院刊》上發表成果，提出一種新型自復位軟環跳躍機器人。這個形似淚滴的“小個子”機器人運動員無需人工復位，也無需復雜控制系統，僅靠材料與結構本身的“物理智能”，就能在恆定光照下連續跳躍超過1000次，垂直跳躍高度最高可達自身高度的80倍，水平跳躍距離超過自身長度的3倍。“這項工作的關鍵，並不是依靠復雜的機械機構或電子控制來實現連續跳躍，而是通過液晶彈性體智能材料與環形結構相結合，把儲能、釋能、起跳和復位的整個運動循環‘寫進’機器人本身。”該研究通訊作者、北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程系教授尹杰在接受本報記者採訪時表示。

　　連續跳躍是穿越復雜、非結構化環境的有效運動方式。但對軟體機器人來說，實現自主連續跳躍並不容易：它需要可循環的能量儲存與釋放，需要落地后的自動復位，還要在空中保持穩定姿態，並適應不同地形。以往許多軟體跳躍機器人只能完成單次跳躍﹔若要連續跳躍，往往需要人工復位，或不斷切換外部刺激。由於結構復雜，它們在起跳和落地時也容易受到擾動，難以穩定恢復適合下一次起跳的姿態。

　　對此，研究團隊從結構設計入手，給出了一種簡潔方案。軟環主體由液晶彈性體材料制成，彎曲成環形后，兩端通過鋁管連接，形成帶有V形剛性尾部的閉環結構。液晶彈性體是一種能將光或熱刺激轉化為形狀變化的智能材料。在恆定紅外光照下，材料受熱收縮﹔由於受光面與背光面存在溫差，軟環會自發扭轉，像給彈簧“上發條”一樣儲存彈性能量。

　　隨著扭轉不斷積累，V形剛性尾部逐漸彎曲翹起。當達到臨界狀態后，結構突然失穩，儲存的彈性能量快速釋放，尾部高速拍擊地面，將軟環彈射到空中。離地后，扭曲的軟環會在空中自動解扭、恢復原狀，落地后即可再次儲能、再次起跳。整個過程不需要機載傳感器、電子控制器，也不需要人工反復干預。

　　“環形結構解決了‘能不能連續跳’的問題，質心調節則幫助解決‘能不能朝目標方向穩定跳’的問題。”尹杰說。所謂質心調節，是指通過在環體頭部增加少量配重，使機器人的質量分布前移，從而抑制大幅翻轉，提高連續跳躍的方向穩定性。通過調節尾部夾角、配重比例和光照強度，機器人可在爬行、定向跳躍和垂直跳躍之間切換。

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所、海洋關鍵材料全國重點實驗室研究員陳濤對本報記者表示，以往軟體機器人每次跳躍需人工復位或外部調制，這是因為在恆定外界激勵下，實現可循環的“儲能—釋能—復位”閉環極難，需要同時實現能量回收、空中姿態穩定與落地續能。該工作以扭轉儲能替代彎折、拉伸儲能，以幾何約束將復位“編碼”進結構本身，為軟體連續跳躍提供了一條極簡路徑。

　　這種結構並不局限於陸地跳躍。研究團隊進一步改造材料和尾部設計，使軟環能夠漂浮、劃水並重返岸邊，實現“跳躍—游泳—再次跳躍”的兩棲運動。在水面上，尾部由“拍地起跳”轉為“拍水推進”﹔當抵達傾斜岸邊時，尾部彈跳產生的推力還能幫助它克服水面張力回到陸地。

　　在應用前景方面，尹杰認為，這類毫米級軟體機器人體積小、重量輕、結構柔順，適合進入草地、碎石、泥沙、淺水及水陸交界等復雜環境，開展環境感知、目標搜索和局部監測。未來如果實現多機協同，還可能拓展到集群化環境探索和大范圍分布式監測。

　　從實驗室走向實際應用仍有距離。下一步，研究團隊希望探索利用自然光，使其擺脫對固定人工光源的依賴。尹杰表示，這項工作的意義不在於形成成熟的戶外機器人產品，而在於証明一種非常簡單的毫米級軟體機器人，也能依靠材料與結構本身的物理智能獲得持續、自適應的自主運動能力，為未來微型機器人進入真實非結構化環境提供新的設計思路。

　　《 人民日報 》（ 2026年10月30日 14 版）