两千万种变形！斯坦福团队用弹性弯杆，造出会思考的机器人骨架

六根普通PLA材质的塑料杆，两个3D打印出来的框架。没有任何电机，没有一枚芯片，甚至不需要换一个螺丝，但它却能在两千万种不同的形态之间自由切换。每一种形态，都对应着完全不同的力学性能：硬的时候像根铁柱，软的时候像条橡皮筋。而切换方式，只是用手扭一下。

这不是概念图，也不是动画模拟。2026年5月6日，斯坦福大学赵芮可教授团队在国际权威期刊（Science Advances）上发表了这项新成果。他们提出了一个名为“弹性杆折纸”（Elastic Rod Origami，简称RodOri）的平台，用几根预弯曲的弹性杆，构建出了一个拥有海量稳定状态、可编程调控的超材料系统。

在可重构材料这个领域，研究者们一直在追赶两个目标：更多的稳定形态，和更自由的调控能力。而RodOri的出现，同时刷新了两项纪录。它用一个出乎意料简单的结构，为软体机器人、自适应装备和可编程超材料，推开了一扇新的大门。

01.

一根“憋着劲”的弯杆，为万变之源

要理解RodOri的魔力，首先要认识它的基本单元，一根被称为“哈钦森杆”的预弯曲弹性杆。

它的构造逻辑出奇地简单：取一根天生弯曲的细长杆，强行拉直，然后把两端死死固定住。就这么一个“强迫平直”的操作，让它积聚了巨大的弹性势能。

当沿着轴向压缩这根“憋着劲”的杆时，它不会像普通柱子那样简单弯折。压缩到临界点的那一刻，杆体会猛地跃出平面，完成一次干脆利落的突跳屈曲，瞬间弹入一个三维螺旋状的稳定构型。而且，卸掉外力后，它还会自动跳回原状。

什么决定了这根杆是“老实扭曲”还是“猛烈突跳”？答案是它的自然曲率和截面形状。论文通过大量实验和理论建模，画出了一张清晰的行为地图。

当自然曲率足够大时，突跳必然发生；反之，杆只会轻微扭转。更有趣的是，杆在突跳之后并不是一团软泥，它仍然保持着弹性刚度，而且这个刚度的强弱，可以通过设计杆的曲率来精确调控。这意味着，从最基础的元件开始，RodOri就已经拥有了可编程的基因。

要知道，这对于需要在大幅度运动中保持可控柔性的软体机器人来说，是相当实用的特性。

02.

11个稳定态，解锁近两千万种组合

如果说一根杆展现的是材料的聪明，那么多根杆的组合，则展现了系统的智慧。

把两根哈钦森杆首尾相连，让它们内部的力矩互相抵消，就形成了一个“双杆”结构。这个结构天然拥有两个稳定状态：伸直态和环形态。再对两端施加弯矩，还能解锁第三个稳定态。这种内在的多稳态，让双杆成为了绝佳的建筑单元。

顺着这个思路，团队用六根杆和一个刚性框架，构建了RodOri的基本单元。当对这个单元施加扭转时，它会在特定的角度稳稳停住。论文显示，对于杆长30厘米、曲率合适的设计，从0°旋转到540°的过程中，这个单元一共能停在11个离散构型上，其中有8个是完全独立的力学稳态。

这就带来了指数级的可能性。如果把多个这样的单元堆叠起来，或者排列成一个平面阵列，每个单元都可以独立选择自己的构型。一个由7个单元组成的小型阵列，就能产生近两千万种全局形态。

对于机器人设计者来说，这意味着什么？意味着你可以用同一个骨架结构，通过纯机械的方式，实现对不同部位力学特性的独立编程。研究团队还特别指出，如果混合使用不同曲率的单元进行异构组装，这个设计空间还会被进一步扩展。

03.

扭一扭，刚度就变了

所有这些构型变化，都不是花架子，它们直接等同于功能切换。

团队把单个六杆单元锁在不同的扭转构型上，然后测量它的轴向拉伸刚度。结果让人印象深刻。

60°构型的刚度约为9.4牛/米，而120°构型的刚度约2.8牛/米，同样的结构，刚度差了超过三倍。换句话说，同样一个结构，只需转一转，它就从一个“软弹簧”变成了“硬柱子”。

当三个单元堆叠起来，通过排列组合它们的状态序列，比如60°-120°-60°，整个系统的力–位移曲线会呈现出复杂的多阶段非线性特征。拉伸过程中有的阶段软，有的阶段硬，而且不同序列组合对应着完全不同的力学曲线，完全可定制。

这种“软硬可编程”的特性，对机器人领域有直接的启发。设想一下，一个机械臂的某个关节段，在需要承载时切换到高刚度构型，在需要缓冲时切换到低刚度构型，而实现这一切，只需要对结构本身做一次构型调整，无需额外增加变刚度机构。

04.

既能放大振动，也能吃掉振动

动态性能方面，RodOri展现了更加丰富的可能性。

在一个由7个单元拼嵌而成的平面超材料中，团队在一端施加固定幅值的振动，在另一端测量输出。

当所有单元处于平直展开态时，系统像一块刚体，振动几乎无损地从头传到尾。但把所有单元切换到180°折叠态后，同一个系统表现出了强烈的频率依赖性。

在2.5赫兹的低频下，输出振幅被放大到了输入的7.8倍；而在15赫兹的高频下，输出却被狠狠削弱到了只有十分之一。不需要换任何零件，仅仅是拧了一下结构，它就从“全通”切换到“低频放大+高频抑制”。

更进一步，如果把单元们拧成不对称的布局，一部分120°，另一部分180°。输入一个对称的振动，输出的却是不对称的运动模式。这叫模态转换。这意味着，振动的“形状”本身，也能被结构重新编辑。

在一个由23个单元组成的大型阵列模拟中，团队还演示了更为直观的机械波“开关”效应。平直状态下，一个点的振动被锁在原地，几乎传不出去；折叠状态下，波便畅行无阻，传遍整个系统。

05.

没有芯片，却会计算

RodOri最深刻的启示，不是某一次变形，而是它背后暗藏的逻辑，模糊了“结构”与“信息”的界限。

在这里，一根杆的曲率、一个单元的扭转角度，都成了可以被写入、读取和重写的物理信息。没有电路，没有芯片，一切计算与调控，都在构型变换中完成。而且，3D打印让它极为廉价和易于制造。

这不是说Rodori明天就能取代计算机。但它确实打开了这样一个想象空间：未来的软体机器人，或许不需要中央处理器来调节四肢的软硬，构型切换本身就完成了指令。一个自适应减震装置，或许不需要传感器来检测振动频率，它自己就是感知、判断和执行的统一体。

当然，RodOri目前仍处于实验室研究阶段。如何实现构型的快速自动化切换，如何在真实机器人系统中进行集成验证，都是后续需要解决的问题。但研究团队打开的这个方向已经足够清晰：让机器人的身体本身，成为它最聪明的那个部件。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed1774