虽然空间展开结构和机器人手臂都需要轻量、可重复运动的驱动装置，但传统依赖电机的系统往往体积大、重量高、结构复杂，限制了应用场景。韩国科学技术院（KAIST）研究团队提出了一种基于智能材料的新型驱动技术，无需电机即可在不到一秒内完成快速动作，为下一代机器人和空间展开结构提供了新的技术路径。

由机械工程系金成洙教授带领的团队开发出一种“基于双向形状记忆材料的混合智能驱动器”，具备“可逆自我形状变化”能力。该驱动器能够在外部刺激（如温度变化）作用下发生形变，并在不依赖复杂机械结构的前提下自动恢复到初始形状。

相关研究成果已发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

智能材料如何驱动运动

研究团队设计了一种混合复合驱动器，将形状记忆合金（SMA）与形状记忆聚合物（SMP）结合使用，以同时发挥两类材料的优势。

• 形状记忆合金：在加热后可以恢复到预设原始形状的金属材料；
• 形状记忆聚合物：在热或其他外部刺激作用下发生形变，并在特定条件下恢复形状的聚合物材料。

传统形状记忆材料存在明显局限：

• 很多材料只能单向变形，变形后难以主动恢复；
• 即便可以恢复，过程往往较慢；
• 金属合金与聚合物刚度差异较大，长期反复使用时容易导致形状恢复不精确。

这些问题使得形状记忆材料在高频、精确的双向驱动应用中难以直接使用。

材料与结构的双重改进

为突破上述瓶颈，研究团队从材料本身和结构设计两方面入手进行优化。

在材料层面，他们通过调整形状记忆聚合物的化学组成，并引入碳纤维增强，使其刚度显著提升，更适合作为驱动结构的一部分。

在结构层面，团队在驱动器中引入类似卷尺的“带弹簧”结构。该结构在变形过程中可以储存弹性能量，并在特定时刻瞬间释放，形成类似“弹跳”的快速动作。这种设计显著提高了驱动过程的速度和定位精度。

性能表现与应用前景

实验结果表明，新型驱动器实现了完整的双向驱动：

• 加热时，驱动器发生弯曲；
• 温度降低后，又能恢复为接近平坦的初始状态。

同时，该驱动器展现出：

• 明显扩大的形变范围；
• 接近 100% 的初始形状恢复率；
• 显著提升的恢复速度。

在无需复杂控制系统的条件下，驱动器即可实现稳定的反复动作。这意味着其在实际工程系统中集成难度较低，有利于规模化应用。

研究团队指出，这一形状记忆驱动器在三个关键指标上实现了突破：双向变形能力、亚秒级驱动速度以及高部署精度，被视为形状记忆材料驱动技术走向实用化的重要进展。

金成洙教授表示：“我们通过原创性的结构设计，突破了材料本身的物理限制，将形状记忆驱动器的性能推向了新的水平。未来，这项技术有望应用于需要高频重复运动的机器人抓手，以及空间应用中的展开结构等多个领域。”

本研究的第一作者为博士生姜大正，他在项目中承担了核心研究工作。