这项创新性研究的灵感来源于自然界中的鳞片结构，如穿山甲和鱼类的鳞片。研究团队开发出了一种名为“鳞片启发的层状结构”（Scale-Inspired Layered Structure，简称SAILS）的新型机器人结构。SAILS的独特之处在于它在变形同时可以实现刚度变化，这在传统软体机器人中通常需要多个独立模块才能完成。SAILS的核心是一种精心设计的可编程表面图案。在正常状态下，SAILS保持柔软和灵活。但当施加负压时，结构会变形为预设形状，同时显著增加刚度。这种设计不仅大大简化了系统结构，还提高了响应速度。
图1：SAILS的生物启发、设计、制造和实验验证。
研究团队进行的实验展示了SAILS的多项卓越性能：
1.形态多样性：SAILS能够实现多种复杂的二维和三维形状变形，包括钩形、波浪形、螺旋形等可展曲面，以及穹顶形和鞍形等不可展曲面。
2.刚度变化范围大：在最佳情况下，SAILS的刚度可以变化53倍，超过许多现有的可变刚度系统。
3.响应速度快：SAILS可以达到5赫兹的高响应频率，优于许多基于渗透压或加热的可变刚度系统。
图2：通过SAILS实现可展及不可展曲面的变形。
为了验证SAILS技术的实际应用潜力，研究团队展示了两个应用：
1.两栖软体机器人：这款机器人展现了SAILS在复杂环境中的适应性和多功能性。它不仅能够实现爬行、游泳、爬坡等多种运动模式，还能通过狭窄通道（最小8毫米高度）和越过障碍物。其负载能力达到自身重量的两倍，在水中的游动速度可达0.34个体长每秒。
2.无人机可变刚度着陆系统：这个系统展示了SAILS在动态环境中的适应能力。它能根据不同的着陆情况自动调节刚度，有效保护无人机免受着陆冲击损害。除了作为缓冲装置，该系统还可以用作抓取器，提升了无人机的应用范围。
图4：基于SAILS的变刚度无人机着陆装置
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