综述:软体机器人:关键技术、应用及未来展望
《Machines》:Soft Robotics: Enabling Technologies, Applications, and Future Perspectives
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时间:2026年07月03日
来源:Machines 3.0
摘要
由柔顺材料与可变形结构构成的软体机器人,因传统刚性机器人存在机械阻抗高、形态适应性差等局限,日益被应用于医疗干预、穿戴式辅助、精细操作以及环境探索等领域。然而,这类机器人要从实验室原型发展到可实际应用的系统,仍面临材料、驱动装置、传感技术、建模、控制策略、能源供应及制造工艺等多方面的制约。本综述通过涵盖驱动与材料、建模与仿真、控制策略、多模态传感以及典型应用等方面的评估框架,总结了软体机器人的最新进展。我们并非将这些问题视为独立的议题进行描述,而是比较了其背后的机制、可量化的性能指标、优势、局限性以及应用范围。由此可得出三点结论:首先,没有一种驱动策略能够同时实现最大输出力、最快响应速度、最高能效、最佳耐用性、最小尺寸以及无需外接电源的运行能力;其次,高精度连续模型虽能提升物理模拟的准确性,但难以用于实时控制,而降阶模型和数据驱动模型虽然能提高效率,却会牺牲模型的泛化能力、可解释性或接触精度;第三,实用的软体机器人离不开嵌入式传感技术、基于物理原理的学习方法、稳健的控制策略、可靠的材料以及可规模化的制造工艺在系统层面的整合。因此,未来的研究应重点关注标准化测试标准、全生命周期的可靠性、自主能源供应能力,以及与刚性机器人系统的针对性对比。
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