張文明、李汶柏：智能仿生軟體機器人理論與技術

隨著科學技術的迅猛發展，智能機器人已成為國家發展戰略的重要一環，并逐漸成長為驅動新質生產力的關鍵領域，發揮著越來越重要的作用。作為革命性的新型智能機器人，軟體機器人不僅顛覆了傳統機器人的硬性定義，更是在智能領域深度融合具身智能和仿生技術，能夠靈活模擬自然界生物體的感知、決策和運動能力，開創了機器人智能共生的新紀元。

仿生軟體機器人已成為當前機器人領域的前沿研究熱點和焦點，其設計理念是模仿生物的形態、結構、運動方式和功能，旨在從自然界中汲取靈感，使機器人具有交互安全、適應性好、靈活性強等顯著優勢，在災難救援、水下探測、太空探索等諸多領域展現出顛覆性的應用潛力。例如，在生物醫療領域，仿生軟體機器人可以作為微創手術的輔助工具，靈活穿行于人體內部狹窄空間，精準完成手術操作，減少患者的創傷和恢復時間；在環境監測領域，仿生蝠鲼機器人或軟體爬行機器人能夠在海洋、森林等復雜環境中自主移動，實時采集環境數據，為生態保護和環境治理提供重要依據；在工業生產領域，仿生軟體機器人可以用于處理易碎物品或在復雜結構中進行裝配作業，提高生產效率和產品質量。

軟體機器人發展簡史

仿生軟體機器人技術的典型應用領域

自20世紀80 年代以來，智能仿生軟體機器人技術發展極為迅速，為新材料、驅動與感知一體化系統帶來了根本性變革。首先，材料技術是關鍵所在。具有高彈性、可拉伸性和自修復能力的新型智能材料，是實現軟體機器人性能提升的關鍵。這類智能材料不僅要能夠承受復雜的力學環境，還要能夠與驅動和感知系統兼容。同時，軟物質力學和智能材料結構力學也是認識材料、改進材料并發揮其最佳性能的重要前提和基礎支撐。其次，驅動技術也是核心之一。從傳統的電機驅動到新型的氣動、液壓、形狀記憶合金及電活性聚合物等智能驅動方式，為軟體機器人的靈活運動提供了更多可能。再次，感知與控制技術是賦予軟體機器人智能的關鍵。通過集成各種傳感器，軟體機器人能夠感知自身狀態和外部環境的變化，并通過先進控制算法實現自主決策和運動控制。此外，仿生設計技術也至關重要，通過對生物體結構和運動機制的深入研究，將生物的智慧融入機器人設計，使軟體機器人在形態和功能上更接近自然生物。

智能感驅一體工作機制及策略

人工智能（AI）賦能軟體機器人設計策略

近年來，人工智能技術的飛速發展為智能仿生軟體機器人注入了新的動力。展望未來，智能仿生軟體機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展。然而，其發展仍面臨諸多挑戰：一方面，材料的性能和穩定性仍需提高，以滿足長期在極端環境下穩定運行的應用需求；另一方面，驅動系統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如何實現高效、精準的驅動也是關鍵難題。

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智能仿生軟體機器人理論與技術購買

張文明, 李汶柏 著

北京: 科學出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-084212-1

《智能仿生軟體機器人理論與技術》以作者所在上海交通大學研究團隊近年來的科學研究工作為基礎，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器人技術基礎、基本分類、應用領域和發展前景與挑戰；第2章介紹仿生軟體機器人的仿生原理與運動機制；第3章介紹智能軟材料與力學本構模型理論；第4章介紹軟體驅動原理與技術；第5章介紹仿生模塊化軟體機器人的設計方法及應用技術；第6章詳細介紹仿生移動軟體機器人；第7章介紹仿生變剛度軟體機器人抓手；第8章介紹仿生交互式軟體機器人；第9章闡述智能織物仿生軟體機器人；第10章闡述感驅一體智能仿生軟體機器人。

本書可作為高等院校機器人工程、機械工程、力學、控制科學與工程等專業的高年級本科生、研究生和博士生的學習用書，也可作為從事智能材料與結構、仿生軟體驅動器、軟體機器人學等研究的科研人員的參考用書。

作者簡介

張文明，上海交通大學特聘教授、研究生院副院長，日本京都大學JSPS特別研究員，英國謝菲爾德大學訪問教授，獲國家杰出青年科學基金、國家優秀青年科學基金項目，獲科技部中青年科技創新領軍人才、中組部青年拔尖人才、上海市青年優秀學術帶頭人、上海市曙光學者、上海市青年科技啟明星、上海市青年五四獎章標兵等人才榮譽。長期致力于動力學設計與振動控制理論及技術領域的科研和教學工作，主持國家自然科學基金重大科研儀器研制項目、重點項目等20余項，發表論文200余篇，出版學術專著5部，獲授權國家發明專利60余項。獲國家教學成果獎一等獎、二等獎，教育部自然科學一等獎、ASME最佳論文榮譽獎等。現任中國力學學會常務理事、中國振動工程學會常務理事、中國力學學會動力學與控制專委會副主任等，任Science China-Physics Mechanics &Astronomy青年編委、《力學季刊》副主編，《振動工程學報》、《動力學與控制學報》、《固體力學學報》等期刊編委。

李汶柏，同濟大學航空航天與力學學院特聘研究員。主要從事智能材料與結構力學、軟體機器人動力學設計與控制等方面的研究工作，主持國家自然科學基金面上、青年項目等8項，發表SCI論文近40篇，獲授權國家發明專利19項。曾獲博士后創新人才支持計劃、上海市“超級博士后”激勵計劃、上海市力學學會優秀博士學位論文。現任 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：天文物理力學》、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器人領域的最新研究成果和未來發展趨勢呈現給讀者。希望本書能夠為該領域的研究人員提供有價值的參考，為工程師提供實用的技術指導，同時也為對智能仿生軟體機器人感興趣的讀者提供一個全面的了解窗口。相信，隨著科學技術的不斷進步和人類對自然的深入理解，智能仿生軟體機器人理論與技術將在未來發揮更重要的作用，為人類社會的發展做出更大的貢獻。

與本書內容相關的研究工作得到了國家自然科學基金重大研究計劃、青年科學基金等項目的大力支持，在此致以深切的謝意。

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

ISBN 978-7-03-084212-1

（本文編輯：劉四旦）

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