当传统机器人以钢铁之躯执行精确但僵硬的动作时，另一类新型机器人正悄然崛起——它们能像章鱼触手般缠绕物体，如人类手指般轻柔抓取鸡蛋，甚至模拟心脏跳动或肠道蠕动。这类柔性机器人（Soft Robotics）不再依赖电机与齿轮，而是通过材料自身的形变实现运动与感知。而在这一颠覆性技术中，硅橡胶（尤其是聚二甲基硅氧烷，PDMS）扮演着核心角色：它既是驱动系统的“人工肌肉”，也是感知环境的“电子皮肤”，更是人机安全交互的柔性界面。

一、作为驱动介质：气动/液压人工肌肉

柔性机器人最主流的驱动方式是气动或液压驱动。其基本单元为嵌入硅橡胶基体中的微流道或腔室。当向腔室内注入空气或液体时，局部膨胀引发整体弯曲、伸缩或扭转。例如：

弯曲执行器（Pneumatic Bending Actuator）：由一层不可拉伸层（如PET薄膜）与一层含气腔的硅橡胶粘合而成，充气后向刚性层一侧弯曲，模拟手指屈伸；

章鱼臂仿生抓手：多根硅胶“触手”独立控制，可自适应包裹不规则物体，广泛用于果蔬采摘、水下探测等易损场景。

硅橡胶在此类应用中优势显著：

高弹性与大变形能力（应变可达300–500%）；

低杨氏模量（0.1–2 MPa），接近生物组织；

透明性便于内部结构观察与光学传感集成；

易加工：可通过3D打印、铸造或激光切割快速成型复杂腔道。

二、作为传感载体：集成感知的“神经末梢”

柔性机器人需感知接触力、应变、温度甚至化学信号，才能实现闭环控制。硅橡胶因其绝缘性与可填充性，成为理想传感基底：

压阻式传感器：将碳黑、石墨烯或液态金属混入硅胶，拉伸时导电网络变化，电阻随之改变；

电容式触觉阵列：两层导电硅胶夹一层介电硅胶，受压时间距减小，电容增大，可绘制压力分布图；

光纤嵌入：在硅胶中埋设光纤光栅（FBG），通过光波长偏移检测微小形变。

这些传感器可直接集成于执行器表面或内部，实现“本体感知”（Proprioception）与“外感知”（Exteroception）一体化。

三、人机交互的安全保障

传统刚性机器人需隔离操作以防伤害，而柔性机器人因全身由软材料构成，即使高速碰撞也不会造成严重损伤。硅橡胶的低硬度与高能量吸收能力，使其成为康复外骨骼、儿童陪护机器人、手术辅助设备的理想外壳材料。例如，用于中风患者手部康复的柔性手套，通过硅胶气囊逐指驱动，既提供助力，又避免压迫伤。

四、典型应用场景

微创手术机器人：硅胶导管可经自然腔道进入体内，在体内展开操作臂，减少创伤；

灾难救援机器人：细长硅胶机器人可钻入废墟缝隙，搜索生命迹象；

仿生水下机器人：硅胶尾鳍通过波动推进，噪音低、效率高，适用于生态监测；

可穿戴助力装置：贴合肢体的硅胶执行器辅助老年人行走或搬运重物。

五、挑战与前沿突破

尽管前景广阔，硅橡胶柔性机器人仍面临瓶颈：

响应速度慢：气动驱动依赖流体传输，频率通常<5 Hz；

供能与控制复杂：需多路气源与电磁阀，系统笨重；

耐久性有限：反复充放气可能导致微裂纹累积。

为此，研究者正探索：

电活性聚合物（EAP）：如介电弹性体（DEA），通电即可变形，响应更快；

自供能传感：利用摩擦电或压电效应，无需外部电源；

4D打印：打印出的硅胶结构可在热/湿刺激下自主变形，简化驱动系统。

硅橡胶在柔性机器人中的意义，远不止“材料”二字。它让机器摆脱了冰冷与刚硬的桎梏，拥有了接近生命的柔韧、敏感与适应性。这不是对传统机器人的替代，而是一次范式的拓展——从“力量与精度”走向“共融与顺应”。在未来的医院、家庭、深海与太空，或许正是这些由硅橡胶构筑的柔软之躯，以最温和的方式，完成最复杂的任务，真正实现“科技以人为本”的终极愿景。



3120 Phenyl Methyl Vinyl silicone Gum-Mingyi Silicone