综述：主动双稳态和多稳态协同微执行器系统

这篇综述深入探讨了基于协同微执行器系统实现主动双稳态（bi-stability）和多稳态（multistability）的创新设计，重点分析了静电（DE）、磁电（SMA）、介电弹性体（DE）和形状记忆合金（SMA）等驱动原理的协同作用。通过调控能量势垒和临界力，系统无需外部负载即可实现状态切换，为微型机器人、微流控芯片（Lab-on-Chip）和可重构微光学（MEMS）等领域提供了高效节能解决方案。

　　

协同微执行器系统的主动双稳态与多稳态机制

引言
微型化和功能集成是当前工程技术的核心趋势，而微执行器系统在微机电系统（MEMS）中扮演关键角色。传统单稳态执行器需持续供能维持状态，而双/多稳态系统通过能量势垒分隔稳定状态，仅在切换时耗能，显著提升能效。本文系统评述了基于不同驱动原理的协同微执行器设计，涵盖材料特性、系统架构和能量调控策略。

双稳态介电弹性体（DE）执行器
通过耦合锥形DE膜与预压缩聚合物梁，系统在电压调控下实现双向形变。当施加1.8 kV电压时，DE膜产生麦克斯韦应力软化效应，触发梁的屈曲跳跃，形成两个稳定状态。关键参数如梁长（l=48.7 mm）和宽厚比（h/t=13.6）决定了能量势垒（2.85 mJ）和临界切换力（970 mN）。不对称的力-位移曲线揭示了方向依赖性，优化设计可扩展至多单元阵列（图10.1a），适用于柔性触觉显示器。

磁电混合悬浮微执行器
结合电磁悬浮与静电场调控，该系统通过线圈-电极对实现质量块的双稳态定位。当施加临界拉入电压（β₁=0.215）时，电磁刚度归零，质量块在10 ms内完成跳跃，能量效率达70%。间距参数（κ=0.666）和线圈半径（r_l=1 mm）共同调控势阱深度（0.0023 μJ），适用于高精度微惯性传感器。

多稳态磁锁存执行器
永磁柱在环形软磁叠层中形成三稳态位点，通过电磁脉冲（0.48 A/32 ms）触发状态切换。钢环位置（z₁=2 mm, z₂=3.5 mm）可调能量势垒（1.8–2.2 μJ），而接触力与重力协同作用增强稳定性（图5.4）。该设计为微型阀门和微流控开关提供了模块化解决方案。

形状记忆合金（SMA）双稳态执行器
拮抗式SMA梁通过马氏体-奥氏体相变产生双向驱动力。当加热至奥氏体相时，形状恢复力（5.7 mN）克服拮抗梁的弹性阻力，实现1 mm位移。空间参数（S=4 mm）和预挠度（h=1 mm）的优化可避免中间态失稳（图6.4），适用于微泵和生物医学夹持器。

微尺度协同设计的挑战与前景
当前研究聚焦两大方向：一是将执行器尺寸从毫米级缩减至微米级，利用SMA和静电力的尺寸效应（F/V～r^?1）提升能量密度；二是通过阵列化构建可编程三维结构（图10.1b），推动数字微流体和自适应光学的发展。未来需进一步解决材料耦合效应和动态控制精度等关键问题。