Science Advances | 一种材料造出整只大象机器人：晶格几何编程实现从柔软到刚硬的
论文信息
英文题目：Lattice structure musculoskeletal robots: Harnessing programmable geometric topology and anisotropy
中文题目： 晶格结构肌肉骨骼机器人：利用可编程几何拓扑和各向异性
作者：Qinghua Guan, Benhui Dai, Hung Hon Cheng, Josie Hughes
作者单位： 瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）
期刊：Science Advances（IF 13.6 中科院一区，JCR一区）
发表时间：2025年7月16日
链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu9856
引文格式：Guan Q, Dai B, Cheng H H, et al. Lattice structure musculoskeletal robots: Harnessing programmable geometric topology and anisotropy[J]. Science Advances, 2025, 11(28): eadu9856.
01 全文速览
自然界中，从柔软的大象鼻子到承重的骨骼，生物体通过巧妙组合不同力学特性的组织实现了丰富的运动功能。而今天的机器人，要么是硬质骨架+软体关节的多材料拼凑，要么只能在有限范围内调节刚度。
EPFL的Josie Hughes团队提出了一种全新的设计范式：仅用单一材料，通过编程晶格结构的几何拓扑，实现从柔软到刚硬的连续力学性能调控。他们开发了两种几何编程方法——拓扑调控（TR） 和叠加编程（SP），前者实现不同晶格类型之间的连续过渡，后者通过叠加不同方向或平移的晶格单元产生离散但可大范围调节的刚度和各向异性。两种方法组合，可生成超过100万种不同的晶格单元，杨氏模量覆盖20~280 kPa的范围。
图1 展示了大象的生物结构（A）与本文仿生机器人（B、C）的对比。大象拥有柔软的鼻子和刚硬的腿，本文用单一材料通过晶格结构编程实现了这两种截然不同的力学特性。
