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这种设计具有三大技术优势：一是能够连续形状变化与构型锁定的功能集成；二是显著减轻了驱动器质量并缩小了尺寸；三是驱动器锁定构型具有较强的承载能力，使其可作为可重构外骨骼实现微型机器人的复杂形态变化。
在具体实现路径上，该课题组建立了完整的设计体系：首先基于力学理论和仿真模拟技术，实现了驱动器变形效果的精准预测；随后通过精密加工工艺，成功实现了薄膜和块体驱动器单胞制备；更重要的是，他们开创性地提出了一套逆向设计方法——从目标功能与变形效果出发，反向推导驱动器单胞的组成与搭接方式。
图丨薄膜和块体驱动器单胞（来源：课题组）
徐世威对 DeepTech 解释说道：
“这种类似乐高积木的组装策略，使搭建的驱动器可作为机器人外骨骼，‘即插即用’地实现机器人按需变形重构。”
图丨基于“搭积木”设计策略的“变形金刚”驱动器（来源：
Nature Machine Intelligence
）
具体来说，驱动器单胞间主要采用胶水对准粘接工艺，赋予其优异的可拆卸性与替换性。这种模块化的构建方式极大提升了机器人的功能拓展能力，通过添加不同单胞作为外骨骼组件，即可快速赋予机器人全新功能，满足多样化应用需求。
图丨微型陆空两栖机器人（来源：
Nature Machine Intelligence
）
以轮式机器人为例，运用该逆向设计方法，可针对性构建关键驱动器单胞，实现“跑车”“飞车”和“货车”三种形态的灵活转换，为微型机器人设计提供了全新范式。
该研究始于 2022 年 11 月，在整个过程中研究人员攻克了多项关键技术难题。首要挑战在于小尺寸驱动器的开发方面，传统变体机器人多采用体积大、质量重的伺服电机实现形态变换，严重制约小型化发展。
研究人员通过创新的“材料-结构
”协同设计，巧妙组合了两种智能材料——液晶弹性体和形状记忆聚合物，并在结构中引入热隔离空腔，
首次实现了小尺寸驱动器在电热驱动下的可控连续变形与锁定功能。
需要了解的是，驱动器在电热驱动时最高温度约为 70℃，这对其在柔性电子及可穿戴设备的应用具有一定局限性。为解决该问题，研究人员开发了具备不同玻璃化温度（
T
g
）的形状记忆聚合物及不同相转变温度（
T
NI
）的液晶弹性体。
该驱动器可用于构建可变形电子器件，通过构型改变实现其功能切换。此外，由于该驱动器还具备较强的承载能力以及变刚度特性，有望构建用于 VR/AR 的触觉反馈器件。
第二个重大挑战在于驱动器与微型机器人系统的无缝集成。为实现陆空两栖机器人的可控形态切换及多模式运动，该课题组对驱动器的尺寸、厚度等参数进行了系统优化，同时对机器人的旋翼尺寸、旋翼间距及电机型号等关键参数进行了精细设计。经过室内外复杂环境下的稳定性测试与迭代优化，最终成功实现了机器人的稳定运行。
回顾历时两年多的研究过程，徐世威特别提到一个难忘时刻：“2023 年除夕夜，当校园一片寂静时，我们实验室仍灯火通明。经过反复优化设计和实验验证，我终于在跨年之际成功实现陆空两栖机器人的形态切换，并完成其在复杂环境中的陆地与空中运动模式间的转换。这一突破不仅是对个人科研坚持的回报，更是团队协作与智慧的结晶，也更加坚定了我在科研创新道路上继续探索的决心。”
“小”身板，“大”应用
这款陆空两栖机器人系统凭借其突出的变形/锁定能力以及强大的运动性能，在多个领域展现出广阔的应用前景：
在安防与救援领域，
其多模式运动能力及微小身躯使其能在复杂地形中实现障碍物穿越与裂缝飞越，特别适用于灾后搜救和狭窄空间探测等场景。
