西湖大学造出“机器小强”！仅2克重，从108米高空摔下照样活蹦乱跳

它被扔进草丛，或匍匐前进，或旋转跳跃；它被扔进水里，快速调整姿态，化身为鱼；它从108米高的标志塔顶掉落，重重地摔在地上，却在片刻后再次起身蹦跶……何方来的不明生物？凑近一看，它个头小小的，身长仅2厘米，体重仅2克，像极了那个生命力顽强的“打不死的小强”。

这群“小强”来自西湖大学工学院，由机械工程讲席教授姜汉卿实验室“培养”，学名叫“昆虫尺度的软体机器人”，能在复杂的野外环境自主爬行、跳跃、游泳——和小强一样矫健，比小强更坚强。

在自然界，小强的运动技能平平无奇，但在机器人界，要想有个机器人像小强这么灵动小巧，可太难了。目前，大多自主机器人依赖刚性电机，这类系统需要齿轮、轴承等大量复杂的结构零件齿轮，根本塞不进“小强”的小身板里。而近几年出现的“人工肌肉”概念，又往往要靠高压电、强磁场或激光照射才能动起来，不够“接地气”。

姜汉卿实验室的“小强”机器人非常轻巧，可以在没有搭建电场、磁场的环境中自主运动，还能走出实验室到户外环境自由探索。

“小强”在户外爬行（蠕动式爬行机器人）

这个昆虫大小的机器人为什么这么能打？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。受肌肉伸缩的启发，姜汉卿从力学角度出发，想到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，设计了一个奇妙、精巧的驱动系统，“塞进”了“小强”不到2厘米的小身板里。

“驱动系统分为两部分，下方是嵌入软磁铁的线圈，上方是硬磁铁，硅胶外壳可以产生弹力。通电后，线圈产生的磁场可以进一步增强软磁铁和硬磁铁之间的静磁吸力，同时引入洛伦兹力，实现对吸力的动态调控。”姜汉教授介绍，这一“磁吸+弹性”的巧妙结合，让“小强”可以在低电压（<4V）下产生高达 210 N/kg 的输出力和60%的变形率，远超传统技术水平。

这就是最近姜汉卿实验室提出的全新电磁弹性体驱动机制（Elasto-Electromagnetic Mechanism, 简称 EEM），这一机制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。正是这一机制，让“小强”虽无肌肉却胜似有肌肉，小小的身体藏着大大的能量。

姜汉教授介绍，“小强”的生命力非常强大且能耗低，只有56毫瓦，跟小LED灯差不多。更妙的是，“小强”的驱动系统可被设计为“双稳态”甚至“三稳态”，即在驱动至目标状态后无需持续供电即可稳定保持，大幅提升了能效。

那么，这么厉害的“小强”机器人，在未来社会生活中有什么用呢？姜汉卿实验室里的几种不同的“小强”机器人，各有所长、各司其职。蠕动式爬行机器人，从30米的高空甚至108米高空自由落体后还能毫发无损地继续匍匐前进，极限抗冲击的能力令它非常适合在废墟、瓦砾、狭小缝隙中执行搜救任务。未来，在地震等重大自然灾害发生后，它可以被无人机从空中投放，快速渗透进入废墟深处，寻找被困人员位置并发出信号，成为生命搜救的“先锋兵”。

自驱动游泳机器人

自驱动游泳机器人，能在自然水体中自主游动超过一小时，未来，可以派小巧灵活的它检测水下环境或监测污染。

而自驱动跳跃机器人则可能是目前已知最小的完全自主跳跃软体机器人，有望在复杂地形上感知环境、自主移动、躲进缝隙等。

“未来还希望‘小强’实现两栖运动和3D跨障碍运动，成为人类执行一系列科学任务的得力助手。”姜汉卿表示，或许在不久的将来，当灾难发生时，第一批抵达现场的“生命使者”，就是这些蹦蹦跳跳、从天而降的“机器小强”们。