近日，哈工大航天学院、哈工大苏州研究院彭庆宇教授团队在特种环境软体机器人领域实现重要突破，创新开发出基于MXene材料的卷绕结构智能软体机器人。研究成果以《从卷绕到爬行，用于多模态运动和螺旋抓取的蛇形软体机器人》（FromCoils to Crawls: A Snake-Inspired Soft Robot for Multimodal Locomotion and Grasping）为题发表在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上。该研究通过材料创新与结构设计的深度融合，为三维软体机器人的开发提供了重要的技术手段，为特种环境下的驱动应用提供了新思路。

在复杂、狭窄及非结构化的特种环境作业中，传统金属/刚性机器人存在适应性局限，而常规软体机器人虽具有形变优势，却受制于气动驱动的体积限制。针对核工业、航天等极端环境对微型化、无线驱动的迫切需求，基于先进复合材料的结构创新开发能够在非接触刺激下运动的小型无绳软体机器人具有巨大的应用潜力。针对上述问题，团队采用化学刻蚀与物理剥离相结合的技术，成功制备出高稳定性单层MXene材料，并创新性将其与纤维素纳米纤维（CNF）复合，开发出可直接印刷的高性能MXene基导电油墨。基于这一材料突破，团队通过理论计算、有限元分析和直接墨水书写（DIW）技术相结合设计并制造出具有卷绕结构的智能软体机器人（ICSBot）（图1）。这种结构-功能一体化的材料设计策略，推动软体机器人向微型化、环境自适应方向发展。

图1. ICSBot的设计与制造

ICSBot的运动亮点包括：（1）智能抓取功能：可在近红外光控下实现对不同形状物体的精准抓取与释放；（2）多模态运动能力：支持爬行、管道穿越等多种运动模式；（3）环境适应性：在非结构化场景中展现出稳定作业能力。这一研究成果为二维纳米材料MXene的制备与实际应用开辟了新途径，尤其是在柔性软体机器人领域具有重要价值（图2）。ICSBot的诞生是软体机器人领域的一项重大突破。它通过DIW技术与理论计算、FEA相结合，实现了初始卷绕结构的精确控制。凭借MXene-CNF层和PE层的刺激响应特性，在多种刺激下展现出可逆的螺旋变形能力，进而实现了仿生抓取和多模态运动，在灵活性、刺激响应能力和运动模式多样性上远超其他同类软体机器人。未来，ICSBot有望在更多领域发挥重要作用。

狭小空间检测：利用软体机器人的柔韧性与螺旋推进能力，可深入卫星推进系统管路、太阳能帆板折叠缝隙等复杂结构，执行裂纹检测或异物清除任务，规避传统刚性机械臂的作业盲区。

精密维修：通过近红外光控智能抓取系统，在微重力环境下精准操作工具或替换模块，例如修复太阳能电池板电路或调整天线姿态，降低宇航员出舱风险。

极端地形适应：结合螺旋变形与仿生爬行能力，可在火星松散沙丘、月球陨石坑等非结构化地形中稳定行进，执行地质采样或环境监测任务，避免轮式探测器陷落风险。

相信随着研究的不断深入，以ICSBot为代表的软体机器人将不断优化升级，为特种环境下作业提供新思路。

图2 MXene基智能软体机器人多模态运动

哈尔滨工业大学、东方电气集团、哈工大苏州研究院为论文共同完成单位。哈工大航天学院赫晓东院士、彭庆宇教授、东方电气集团陈仲博士为论文共同通讯作者，航天学院博士研究生（派驻苏州研究院）陈鹤为论文第一作者。该研究工作获得了国家重点研发计划的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01762-9

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彭庆宇，哈工大航天学院教授、博士生导师，国家级青年人才，哈工大苏州研究院彭庆宇青年科学家工作室学术带头人。目前工作室主要成员有教授2人，副高级3人，博士后2人，博士生和硕士生10余人。团队致力于与苏州及长三角地区的高校、企业开展深度合作，在纳米碳宏观体及其复合材料等核心研究领域突破现有技术瓶颈，全力开发性能更为卓越、应用范畴更为广泛的新材料，持续为航空航天等前沿领域注入强劲发展动力。

文稿：秦杨一，责任编辑：孙铭锌，审核：孙薇 范文青