纵览网丨探秘仿生机器人：向自然借智慧，解锁科技新可能

️一、软体操作：从章鱼触须到柔性抓手的灵巧进化

配图来源于AI渲染仅供参考

️（一）章鱼神经肌肉仿生：智能吸力机械臂的环境适应术

《科学・机器人》封面研究中，模拟章鱼神经肌肉结构的软体机械臂，堪称仿生科技的一大突破。章鱼的触须拥有独特的神经肌肉系统，能在无骨骼支撑下实现复杂运动与精准抓取。科研团队通过在机械臂表面嵌入分布式传感器，结合硅胶、形状记忆合金等柔性材料，让机械臂拥有了类似章鱼触须的 “感知 - 反应” 能力。当面对深海不规则礁石时，机械臂可实时感知物体表面纹理与轮廓，通过自主调整缠绕力度和角度，实现牢固抓取。在墨西哥湾的石油管道维修任务中，该机械臂成功完成了传统刚性机械臂难以胜任的精细操作，将维修效率提升了 30%，为深海勘探、灾难救援等复杂环境下的精准作业打开了新思路。

️（二）玫瑰开合机制启发：低成本软抓手 ROSE 的工业革新

日本先进技术研究所的科研人员从玫瑰昼夜开合的自然现象中获得灵感，研发出 “基于旋转的挤压抓手”（ROSE）。玫瑰花瓣依靠细胞渗透压变化实现开合，而 ROSE 则采用 3D 打印硬质底座作为骨架，搭配液态硅胶制成的漏斗状柔性部件。在工作时，通过气压驱动硅胶部件变形，模仿花朵包裹物体的动作，无需复杂的视觉传感器和力传感器，就能轻柔抓取草莓、梨等易碎品。经测试，ROSE 的负载重量比达到惊人的 6812%，且在超过 40 万次抓取试验后仍保持良好性能。如今，这款低成本软抓手已在日本多家水果加工厂投入使用，不仅降低了人工成本，还将水果破损率从 5% 降至 1%，为农产品收割、精密零件搬运等领域提供了高性价比的解决方案。

️二、微型探索：毫米级机器人的生存智慧移植

️（一）萤火虫发光与蚂蚁嗅觉：灾难场景的微型协作网络

麻省理工学院研制的 “机器人萤火虫”，将自然界中萤火虫发光与蚂蚁协作的智慧融入微型机器人技术。这些重量仅略超回形针的微型飞行机器人，在人造肌肉中嵌入电致发光粒子，通过精确控制翅膀振动频率来调节发光强度和闪烁模式。在模拟倒塌建筑搜救实验中，多个 “机器人萤火虫” 组成协作网络，通过发光信号进行定位通信，同时利用多摄像头构建三维环境地图，仅需 20 分钟就能完成传统设备 1 小时的探测任务。与此同时，索邦大学的研究发现，经过特殊训练的丝光褐林蚁能在 30 分钟内学会识别癌症患者尿液中的特定气味分子。受此启发，科研人员正尝试将蚂蚁嗅觉原理与微型机器人结合，开发低成本生物传感器。未来，这些微型机器人或许能进入人体，实现早期肿瘤的无创检测，为医疗诊断带来革命性变化。

️（二）水黾超疏水特性：水面微型机器人的多模态驱动

中科院沈阳自动化所的科研团队对水黾在水面自如滑行的能力展开深入研究，成功研制出仿水黾机器人。水黾腿部具有超疏水的纳米级刚毛结构，使其能在水面产生表面张力支撑自身重量。仿水黾机器人采用聚二甲基硅氧烷与磁性颗粒复合材质，表面经过特殊处理形成类似水黾腿部的超疏水结构，可减少 90% 的水阻力。在红外光与磁场的协同驱动下，机器人不仅能在水面快速滑行，还能实现跳跃、翻滚等高难度动作。在太湖蓝藻监测任务中，该机器人通过搭载的光谱传感器实时采集水质数据，并利用光热转换效应自动调整运动方向，高效完成监测区域全覆盖，为微流控环境监测、油污清理等领域提供了毫米级自主作业的新平台，展现出自然界超材料在微型机械中的无限创新潜力。

三、移动革新：从蝗虫跃翔到海龟潜沙的运动模态突破

️（一）蝗虫多模态运动：陆空跨域机器人的能效革命

北京理工大学的科研团队长期观察蝗虫 “爬行 - 跳跃 - 滑翔” 的多模态运动方式，成功开发出 LocustBot 微型机器人。蝗虫后腿的弹跳机制基于独特的肌肉 - 弹簧系统，能瞬间释放大量能量。LocustBot 借鉴这一原理，采用斯蒂芬森六杆机构模拟蝗虫后腿结构，配合轻质高强度材料，实现爆发式弹跳。同时，机器人还配备螺旋桨，在跳跃后可展开主动滑翔。在野外测试中，30cm 尺度的 LocustBot 实现了 5.39 米的超远滑翔距离，跃翔比达 4.74，单位能耗仅为传统机器人的 1/3。在山区地震灾区，该机器人可快速跨越复杂地形，将应急物资投送到救援人员难以抵达的区域，为复杂地形勘探、灾区物资投送等场景提供了高效、节能的移动方案。

️（二）海龟鳍状肢仿生：沙地机器人的地下 “游泳” 技术

加州大学圣地亚哥分校的研究人员受小海龟破壳后迅速潜沙的行为启发，研制出首款地下穿梭机器人。海龟鳍状肢的特殊形状和划动轨迹，使其能在沙地中轻松穿行。该地下穿梭机器人模仿海龟鳍状肢设计了可旋转的楔形头部和箔状表面，通过电机驱动部件旋转和摆动，在沙下实现类似 “游泳” 的移动方式。在 12.7 厘米深度的测试中，机器人以 4 米 / 小时的速度平稳前行，同时利用内置的压力传感器感知障碍物阻力，自动调整运动方向。目前，该技术已在粮仓虫害检测中进行试点应用，未来还有望用于月壤采样等太空探索任务，为颗粒介质环境中的机器人移动开辟了全新路径。

四、群体协作：从鸟群集群到蚁群算法的智能涌现

️（一）飞鸟自主导航：微型无人机集群的密林穿越术

浙江大学的科研团队对鸟群在迁徙过程中的自主导航与协作机制进行深入研究，开发出无需 GPS 的全自主微型空中机器人集群。鸟群在飞行时，每只鸟都能通过视觉和听觉感知周围同伴的位置与动作，从而实现群体的动态协同。该微型无人机集群借鉴这一原理，每架飞行器重量小于一听可乐，配备高精度机载传感器和轻量化算法。在竹林等复杂环境的测试中，无人机集群能实时感知障碍物，通过分布式计算进行路径规划，以 “之” 字形路线灵活避障，同时保持紧密的队形协同。其轨迹优化算法在效率、安全性与计算成本之间取得了极佳平衡，相关成果登上《科学・机器人》封面。在野外森林火灾救援中，该无人机集群可快速穿越密林，定位火源和被困人员，为救援工作争取宝贵时间。

️（二）蚁群分工机制：机器人集群的低成本协作范式

索邦大学的研究发现，蚂蚁的极简神经回路使其能在短时间内学会识别复杂气味，如仅需 3 次训练就能识别癌症患者尿液气味。这一特性启发了科研人员对机器人分布式控制算法的研究。研究团队模拟蚁群通过 “信息素” 进行交流的机制，为机器人集群设计了去中心化的协作模式。在模拟废墟搜索任务中，多台机器人无需中心控制器，通过彼此之间的简单信号交互，就能自主分配搜索区域、定位目标。当某台机器人发现幸存者位置时，会释放虚拟 “信息素”，引导其他机器人快速聚集，大大提高了搜索效率。这种协作模式显著降低了系统复杂度与通信能耗，目前已在工业分拣领域进行应用测试，未来还将推广至太空探测、环境监测等需要大规模协同作业的场景。

从深海中灵活的章鱼，到夜空中闪烁的萤火虫；从沙漠里快速潜沙的海龟，到竹林间有序飞行的鸟群，自然界历经亿万年的进化，为人类提供了无数精妙的解决方案。仿生机器人的发展，绝非简单的形态模仿，而是对生物 “功能 - 结构 - 环境” 协同进化逻辑的深度挖掘与创新应用。随着材料科学不断突破、智能算法日益精进，以及生物技术与机器人技术的深度融合，未来的机器人将具备更强大的自适应能力。或许在不远的将来，这些 “人工生命体” 能像真正的生物一样，在极端环境中自主探索、高效协作，为人类社会的发展带来更多惊喜。仿生学不仅让冰冷的机器拥有了生命的温度，更让科技创新回归自然智慧的源泉，指引我们在未知的科技领域不断前行。