張文明、李汶柏：智能仿生軟體機(jī)器人理論與技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能機(jī)器人已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)，并逐漸成長為驅(qū)動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用。作為革命性的新型智能機(jī)器人，軟體機(jī)器人不僅顛覆了傳統(tǒng)機(jī)器人的硬性定義，更是在智能領(lǐng)域深度融合具身智能和仿生技術(shù)，能夠靈活模擬自然界生物體的感知、決策和運(yùn)動(dòng)能力，開創(chuàng)了機(jī)器人智能共生的新紀(jì)元。

仿生軟體機(jī)器人已成為當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，其設(shè)計(jì)理念是模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式和功能，旨在從自然界中汲取靈感，使機(jī)器人具有交互安全、適應(yīng)性好、靈活性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢，在災(zāi)難救援、水下探測、太空探索等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出顛覆性的應(yīng)用潛力。例如，在生物醫(yī)療領(lǐng)域，仿生軟體機(jī)器人可以作為微創(chuàng)手術(shù)的輔助工具，靈活穿行于人體內(nèi)部狹窄空間，精準(zhǔn)完成手術(shù)操作，減少患者的創(chuàng)傷和恢復(fù)時(shí)間；在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，仿生蝠鲼機(jī)器人或軟體爬行機(jī)器人能夠在海洋、森林等復(fù)雜環(huán)境中自主移動(dòng)，實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，為生態(tài)保護(hù)和環(huán)境治理提供重要依據(jù)；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，仿生軟體機(jī)器人可以用于處理易碎物品或在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中進(jìn)行裝配作業(yè)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

軟體機(jī)器人發(fā)展簡史

仿生軟體機(jī)器人技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域

自20世紀(jì)80 年代以來，智能仿生軟體機(jī)器人技術(shù)發(fā)展極為迅速，為新材料、驅(qū)動(dòng)與感知一體化系統(tǒng)帶來了根本性變革。首先，材料技術(shù)是關(guān)鍵所在。具有高彈性、可拉伸性和自修復(fù)能力的新型智能材料，是實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人性能提升的關(guān)鍵。這類智能材料不僅要能夠承受復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，還要能夠與驅(qū)動(dòng)和感知系統(tǒng)兼容。同時(shí)，軟物質(zhì)力學(xué)和智能材料結(jié)構(gòu)力學(xué)也是認(rèn)識(shí)材料、改進(jìn)材料并發(fā)揮其最佳性能的重要前提和基礎(chǔ)支撐。其次，驅(qū)動(dòng)技術(shù)也是核心之一。從傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)到新型的氣動(dòng)、液壓、形狀記憶合金及電活性聚合物等智能驅(qū)動(dòng)方式，為軟體機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)提供了更多可能。再次，感知與控制技術(shù)是賦予軟體機(jī)器人智能的關(guān)鍵。通過集成各種傳感器，軟體機(jī)器人能夠感知自身狀態(tài)和外部環(huán)境的變化，并通過先進(jìn)控制算法實(shí)現(xiàn)自主決策和運(yùn)動(dòng)控制。此外，仿生設(shè)計(jì)技術(shù)也至關(guān)重要，通過對(duì)生物體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)制的深入研究，將生物的智慧融入機(jī)器人設(shè)計(jì)，使軟體機(jī)器人在形態(tài)和功能上更接近自然生物。

智能感驅(qū)一體工作機(jī)制及策略

人工智能（AI）賦能軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)策略

近年來，人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展為智能仿生軟體機(jī)器人注入了新的動(dòng)力。展望未來，智能仿生軟體機(jī)器人將朝著更智能化、多功能化、微型化和集成化方向深入發(fā)展。然而，其發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)：一方面，材料的性能和穩(wěn)定性仍需提高，以滿足長期在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的應(yīng)用需求；另一方面，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作效率和可靠性亟待提升，尤其是在小型化和微型化時(shí)如何實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)也是關(guān)鍵難題。

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智能仿生軟體機(jī)器人理論與技術(shù)購買

張文明, 李汶柏 著

北京: 科學(xué)出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-084212-1

《智能仿生軟體機(jī)器人理論與技術(shù)》以作者所在上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近年來的科學(xué)研究工作為基礎(chǔ)，融合最新研究成果撰寫而成。全書共10章。第1章首先簡要概述仿生軟體機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)、基本分類、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景與挑戰(zhàn)；第2章介紹仿生軟體機(jī)器人的仿生原理與運(yùn)動(dòng)機(jī)制；第3章介紹智能軟材料與力學(xué)本構(gòu)模型理論；第4章介紹軟體驅(qū)動(dòng)原理與技術(shù)；第5章介紹仿生模塊化軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用技術(shù)；第6章詳細(xì)介紹仿生移動(dòng)軟體機(jī)器人；第7章介紹仿生變剛度軟體機(jī)器人抓手；第8章介紹仿生交互式軟體機(jī)器人；第9章闡述智能織物仿生軟體機(jī)器人；第10章闡述感驅(qū)一體智能仿生軟體機(jī)器人。

本書可作為高等院校機(jī)器人工程、機(jī)械工程、力學(xué)、控制科學(xué)與工程等專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生和博士生的學(xué)習(xí)用書，也可作為從事智能材料與結(jié)構(gòu)、仿生軟體驅(qū)動(dòng)器、軟體機(jī)器人學(xué)等研究的科研人員的參考用書。

作者簡介

張文明，上海交通大學(xué)特聘教授、研究生院副院長，日本京都大學(xué)JSPS特別研究員，英國謝菲爾德大學(xué)訪問教授，獲國家杰出青年科學(xué)基金、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目，獲科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、中組部青年拔尖人才、上海市青年優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人、上海市曙光學(xué)者、上海市青年科技啟明星、上海市青年五四獎(jiǎng)?wù)聵?biāo)兵等人才榮譽(yù)。長期致力于動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與振動(dòng)控制理論及技術(shù)領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作，主持國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目等20余項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇，出版學(xué)術(shù)專著5部，獲授權(quán)國家發(fā)明專利60余項(xiàng)。獲國家教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、ASME最佳論文榮譽(yù)獎(jiǎng)等?，F(xiàn)任中國力學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國力學(xué)學(xué)會(huì)動(dòng)力學(xué)與控制專委會(huì)副主任等，任Science China-Physics Mechanics &Astronomy青年編委、《力學(xué)季刊》副主編，《振動(dòng)工程學(xué)報(bào)》、《動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)》、《固體力學(xué)學(xué)報(bào)》等期刊編委。

李汶柏，同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院特聘研究員。主要從事智能材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)、軟體機(jī)器人動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與控制等方面的研究工作，主持國家自然科學(xué)基金面上、青年項(xiàng)目等8項(xiàng)，發(fā)表SCI論文近40篇，獲授權(quán)國家發(fā)明專利19項(xiàng)。曾獲博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、上海市“超級(jí)博士后”激勵(lì)計(jì)劃、上海市力學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文?，F(xiàn)任 SmartBot、Soft Science、International Journal of Smart and Nano Materials期刊青年編委，以及Cyborg and Bionic Systems、《中國科學(xué)：天文物理力學(xué)》、Advanced Science等期刊客座編輯。

“師法自然，聚智成器”。在撰寫本書的過程中，作者力圖將智能仿生軟體機(jī)器人領(lǐng)域的最新研究成果和未來發(fā)展趨勢呈現(xiàn)給讀者。希望本書能夠?yàn)樵擃I(lǐng)域的研究人員提供有價(jià)值的參考，為工程師提供實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)也為對(duì)智能仿生軟體機(jī)器人感興趣的讀者提供一個(gè)全面的了解窗口。相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人類對(duì)自然的深入理解，智能仿生軟體機(jī)器人理論與技術(shù)將在未來發(fā)揮更重要的作用，為人類社會(huì)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

與本書內(nèi)容相關(guān)的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的大力支持，在此致以深切的謝意。

本文摘編自《智能仿生軟體機(jī)器人理論與技術(shù)》（張文明, 李汶柏著. 北京: 科學(xué)出版社, 2026. 3）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-084212-1

（本文編輯：劉四旦）

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