前言

自然界中，章鱼触手所展现的卓越缠绕与抓取能力，以及人类心脏与肌肉组织精密的收缩舒张机制，持续启发着我们对于机器人形态与功能的重新构想： 能否创造出一种具备生命体般柔软性、灵活性与交互安全性的机器人，使其能够真正实现自适应、共融式的环境互动？这一愿景正推动着机器人领域发生一场深刻的范式变革——从传统刚性系统向柔性化架构的战略转型。在此背景下，软体机器人学作为一门新兴交叉学科应运而生。而在这场变革中，智能材料扮演着不可替代的核心推动角色，它们不仅是实现机器“类生命”行为的关键载体，更是连接仿生灵感与工程实现的功能性媒介。

智能材料能够感知外部环境刺激(如电场、磁场、温度、光照、化学环境等)，并直接将其转化为可控的机械形变、应力输出或物理特性的改变。这种“刺激响应”机制，使得机器人的本体结构同时成为其执行机构与感知系统，为实现真正意义上的“结构功能一体化”软体机器人带来了无限可能。

目前该领域研究日新月异，但国内尚缺乏一本能够系统性地为初学者和跨领域研究者梳理知识脉络的入门指南。为此，本书旨在深入浅出地构建一个完整的知识框架，全面介绍形状记忆合金与聚合物、介电弹性体、离子聚合物金属复合材料、液晶弹性体、水凝胶，以及各类新兴电活性、光响应与磁响应材料等主流智能材料的基本原理、特性及其在软体机器人中的典型应用实例。不仅着重于阐述各类材料的驱动与传感机理，更力图展现如何将这些材料创意性地转化为具体的机器人构型，从仿生抓手到蠕动爬虫，从人工肌肉到可穿戴设备。我们期望，通过本书的系统论述，能够帮助读者打通从材料科学到机器人设计的桥梁，理解从“材料响应”到“机器人动作”的完整逻辑链条。

本书主要由天津大学功能有机碳复合材料研究团队的师生完成撰写工作。封伟教授负责本书全部章节的设计与编撰，张志兴、黄凌琪、魏显硕、黄颖翔、陈原浩、高京力、翟飞、于云飞、刘源、杨潇、王硕、戴明尧、段延帅、张博、夏瑞浩、朱荣凯、李玉博、张茂鑫等师生参与了内容的撰写与校对。本书的研究得到了国家重点研发计划(项目号： 2022YFB3805700)的支持。

软体机器人涉及机械、电子、材料、力学、物理等多学科交叉与融合，且智能材料发展迅速，成果更新较快，难以避免地疏漏一些优秀成果。同时，由于编者的水平和经验有限，书中难免存在不足之处，敬请相关领域专家

和读者批评指正。

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封伟

天津大学2026年3月