韩国科学技术院（KAIST）研究团队近日开发出一种新型双向形状记忆混合执行器，能够在无需传统电机的情况下实现快速、可逆的运动。这一材料科学领域的突破有望为航天、机器人及可展开结构等领域带来变革。

与通常笨重且机械结构复杂的传统执行系统不同，这种轻量化材料仅需热等外部刺激即可响应。据研究人员介绍，该设计使其能够在不到一秒的时间内完成形变并恢复原状，为高效、下一代执行器技术开辟了新可能。

可逆形变执行器

形状记忆材料（SMM）正逐渐成为传统电机驱动系统的有力替代方案，尤其是在对减重和简化结构要求严苛的航空航天与机器人领域。这类材料可通过热、电等外部刺激改变形状，实现更高效、紧凑的执行。然而，现有大多数SMM仅具备单向、不可逆的运动特性，限制了其重复使用能力，也降低了在动态应用中的实用性。

为克服这些挑战，研究团队设计了一种结合形状记忆合金（SMA）与形状记忆聚合物（SMP）的混合复合执行器。SMA提供可靠的热致恢复能力，SMP则提供灵活、可刺激响应的形变能力。团队进一步通过改性SMP的化学成分并用碳纤维增强，提升了材料的刚度和耐用性。此外，设计还融入了受卷尺弹簧启发的结构，实现“快速回弹”机制，使形变过程中储存的能量能迅速释放，从而实现更快的执行速度和更高的精度。这些创新共同实现了稳定、可重复的运动，使其适用于先进的工程应用与下一代机器人系统。

面向下一代机器人的先进材料

这种新型执行器实现了完整的双向运动：受热时弯曲，冷却时恢复平直状态。研究人员强调，其形变范围更广，原形状恢复率接近100%，且执行速度达到亚秒级。与现有方案相比，其可逆形变幅度宽8.6倍，反向恢复速度快4.9倍。该执行器在无需复杂控制系统的情况下，可在多次循环中保持稳定性能，解决了传统形状记忆材料的长期局限。这种速度、精度和耐久性的结合，标志着其向实际应用迈出了重要一步。

研究团队称，该技术可应用于多种领域，包括需要重复运动的机器人夹爪，以及航天任务中需要轻量化、高可靠性执行系统的可展开结构。研究负责人、KAIST机械工程系教授Seong Su Kim表示，这项研究通过独创的结构设计克服了材料的物理限制，将形状记忆执行器的性能提升到了新的高度。相关研究成果已发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊。