维度网讯，美国北卡罗来纳州立大学研究人员从犰狳获得灵感，开发出一种名为“形态互锁保护模块”（morpho-interlocking protective module，MIPM）的机器人保护结构，能够在检测到应变时自动卷曲成防护球，以保护内部电子设备或其他载荷。

软体机器人和柔性电子设备在使用过程中往往较为脆弱，该研究旨在为这些技术提供正常运作的同时，在必要时形成有效的机械保护。相关论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）机械与航空航天工程系Andrew A. Adams杰出教授朱勇（Yong Zhu）表示，研究目标正是开发一种解决方案，让脆弱技术能正常工作，又在需要时得到保护。

论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员周建宇（Jianyu Zhou）指出，在松弛状态下，该结构相当灵活，但可以被激活弯曲成刚性外部结构，这项技术可用于保护多种物体，基本覆盖任何它能够卷曲环绕的物体。

MIPM由三个基本层构成。外层（外骨骼）由3D打印树脂制成的一系列分段弯曲鳞片组成。中间“传感和驱动层”包含四个部分：受热收缩的液晶弹性体（LCE）；嵌入银纳米线的弹性聚合物应变传感器；受热膨胀的聚酰亚胺胶带层；以及作为“加热器”的薄导电织物层。内骨骼层由折叠成一系列脊状的重型纸构成，这些脊将一排刚性聚合物“分段鳞片”固定到位。

当应变传感器检测到触摸或冲击时，会向控制单元发送信号，控制单元再向加热器层供电。加热器层升温后，LCE层收缩，聚酰亚胺胶带层膨胀，导致整个结构弯曲，MIPM最终卷曲成一个保护圈，外骨骼朝外。

“当各层卷曲成圆时，MIPM内骨骼中的分段鳞片相互锁定，形成一个坚固的内部‘骨架’，增强了结构的稳定性，”周建宇说。

概念验证测试中，MIPM按预期工作，传感器层成功检测到应变增加并触发转变为保护壳。研究还发现，增加内骨骼中分段鳞片的数量能显著提高结构的内部刚度和强度。朱勇表示，通过力学引导设计，在内骨骼分段与结构轻量化之间建立了平衡，例如10个分段鳞片能够承受约10牛顿的力。

这项题为“犰狳启发软体机器主动变形骨架（Armadillo-Inspired Active Morphing Skeletons for Soft Machines）”的论文于5月27日发表在开放获取期刊《科学进展》（Science Advances）上。论文共同作者包括北卡罗来纳州立大学博士后研究员周卫星（Weixin Zhou）、博士生Seol‐Yee (Jennifer) Lee和Ali Akbari，以及北卡罗来纳州立大学前博士生、现佛罗里达理工学院（Florida Institute of Technology）机械工程助理教授吴双（Shuang Wu）。

该研究工作得到了美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助（编号2134664）和国防部（Department of Defense）资助（编号W81XWH-21-1-0185）的支持。

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