研究人员从犰狳的自我防御机制中获得灵感，设计出一种新型保护结构：在感知到外部威胁时，它可以迅速卷曲成球状，将内部的电子设备或其他载荷包裹起来。该结构能够在检测到应变后自动启动，并可通过调节设计参数，适应从轻微触碰到较大冲击等不同强度的外界作用。

这项研究以《受犰狳启发的软体机器主动变形骨架》为题，发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上。

论文通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系安德鲁·A·亚当斯杰出教授朱勇指出：“软体机器人和柔性电子近年来发展迅猛，但这类设备往往十分脆弱。我们的目标是提出一种方案，让这些精密而易损的技术既能正常工作，又能在需要时获得有效保护。”

论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员周建宇介绍：“我们开发的结构在未激活时非常柔软，但一旦被触发，就会弯曲并形成刚性的外部壳体。理论上，它可以保护多种物体——只要是它能够包裹住的东西，都有潜在应用空间。”

研究团队将这一“机器人犰狳”命名为形态互锁保护模块（MIPM）。MIPM整体由三层构成：

• 外层（外骨骼）：由一系列弯曲、分段的鳞片组成，这些鳞片通过3D打印树脂制备，形成类似犰狳甲片的外壳结构。
• 中间感应与驱动层：由四部分构成——一种受热会收缩的液晶弹性体（LCE）、嵌入银纳米线的弹性聚合物应变传感器、一层受热膨胀的卡普顿胶带，以及一层导电织物加热层。
• 内骨骼层：由加厚纸张折叠成一系列脊状结构，用于固定一排刚性聚合物分段鳞片，形成内部支撑框架。

工作原理上，当应变传感器检测到触碰或冲击时，会向控制单元发送信号，控制单元随即为加热层供电。加热层温度升高后，液晶弹性体层发生收缩，而卡普顿胶带层则膨胀，两者的协同作用使整个结构产生弯曲。最终，MIPM会卷曲成一个环状或球状保护结构，外骨骼鳞片朝外，形成防护壳。

“当各层弯曲成圆形时，MIPM内骨骼中的分段鳞片会彼此咬合锁定，构成一个坚固的内部‘骨架’，显著提升整体结构的稳定性和承载能力。”周建宇解释道。

在概念验证实验中，研究人员证实MIPM能够按设计工作：感应层可以识别应变变化并触发结构变形，形成保护外壳。实验还表明，增加内骨骼分段鳞片的数量，可以明显提高结构的内部刚度和强度。

“通过力学分析与设计，我们在内骨骼分段数量与整体轻量化之间找到了平衡。”朱勇表示，“例如，当内骨骼采用10个分段鳞片时，结构就能承受约10牛顿的外力。”

朱勇补充说：“我们展示了一种兼具柔韧性与机械防护能力的组合结构，应用前景非常广阔。我们欢迎有兴趣探索潜在应用场景的合作伙伴加入合作。同时，我们也希望在此基础上，进一步推进受自然启发的柔性防护技术研究。”