随着科技发展日新月异，人们对机器人的认知越来越深入，机器人也被广泛应用于工业、医疗、商业、救援、侦察等领域，如工业领域的多自由度/多关节的机械手、救援领域的探险搜救机器人以及用于外科的手术机器人等。然而，传统机器人保养费用高、造价高、运动复杂难以控制。此外，在一些新的领域，其特殊的环境及限制条件使传统机器人难以满足要求。近些年来，科研人员将目光投向了软体机器人一种由智能柔软材料制造而成的机器人，其具有柔顺性、弹性、高阶人机交互的安全性等优点。软体机器人一般由柔软、高弹性的硅橡胶、聚氨酯或水凝胶等高分子复合材料作为其主体材料，可连续变形，大幅度弯曲、扭转和伸缩。软体机器人在理论上具有无限的自由度，可以很轻松地完成传统刚性机器人很难完成甚至无法完成的任务，并且与生物体具有更好的兼容性。
传统刚性机器人往往采用大量传感器及控制器对外界信号进行采集，软体机器人则采用刺激响应性功能材料对光、热、电、磁等外界刺激进行响应。随着传感、驱动、计算、通信、记忆等功能集成在一起的智能软体材料的进一步开发，软体机器人有望发挥物理智能潜力，成为探索自然界物理智能的重要载体和平台。软体机器人多采用柔性材料加工制作，有着更多的自由度，运动更加灵活，而且可以根据周围的环境改变自身形态，在很大程度上弥补了传统刚性机器人的不足。现有的软体机器人已经在移动、医疗、人机交互等方面表现出明显优势。在未来，如何将材料特性与结构设计配合起来，提高软体机器人智能传感等方面需要进一步深入研究。
全书分为9章。第1章主要介绍了软体机器人的组成、特点、分类以及应用。第2章重点介绍了介电弹性体致动软体机器人，包括驱动原理、分类及制备方法、典型的介电弹性体软体机器人及其应用。第3章介绍了形状记忆材料致动软体机器人，并按照形状记忆聚合物、形状记忆合金两种材料分别阐述了致动原理、分类及制备方法、典型致动软体机器人及其应用。第4章介绍了离子聚合物致动软体机器人，从分类、致动原理、制备方法等方面进行了描述，并分别阐述了基于离子液凝胶、离子聚合物-金属复合材料的典型致动软体机器人。第5章重点介绍了水凝胶致动软体机器人，按照响应类型将水凝胶致动器分为热响应致动器、化学响应致动器、光学响应致动器、电响应致动器、磁响应致动器以及液压响应致动器，最后列举了多种典型的水凝胶致动软体机器人及其应用。第6章介绍了电/磁流变体致动软体机器人，从致动原理、分类及制备方法、应用等方面分别进行阐述。第7章介绍了流体致动软体机器人，流体致动器包括弹性流体致动器、波纹结构软体致动器、折叠软体致动器、纤维约束致动器等，制造方法有浇铸成型、形状沉积、软光刻以及3D 打印等。第8章介绍了折纸机器人，对Miura-ori 等机构进行概述，再从驱动原理、特点、制造方法以及应用等方面分别进行阐述。第9章重点介绍了柔性传感器技术，包括柔性传感器的分类、机理、材料、制备工艺和应用等。
本书是集体智慧的结晶，除了作者焦志伟、于源、程祥外，课题组的王鹏飞、杨卫民、程月、张秀、王皓宇、刘俊丰、吴怀松、金建辉、孙嘉乐、陈薇薇、任金胜、刘兆联、刘昊、林昊等人对本书的编写也作出了贡献，在此一并表示感谢。
由于软体机器人技术在不断发展和完善中，对其功能和性能的要求也会越来越高，很多新思想、新技术在不断涌现并被引入实际应用中，加之编写时间有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编著者
第1章 概述 001
1.1 软体机器人的组成002
1.2 软体机器人的特点003
1.3 软体机器人的分类006
1.4 软体机器人的应用007
参考文献009
第2章 介电弹性体致动软体机器人 011
2.1 介电弹性体驱动原理012
2.1.1 介电弹性体变形原理012
2.1.2 介电弹性体驱动器工作原理013
2.2 介电弹性体分类及制备方法014
2.2.1 硅橡胶及其复合材料015
2.2.2 聚氨酯及其复合材料015
2.2.3 丙烯酸类弹性体015
2.3 典型介电弹性体软体机器人015
2.3.1 平面爬行机器人016
2.3.2 水下机器人022
2.3.3 飞行机器人025
2.4 介电弹性体软体机器人的应用026
2.4.1 人工肌肉026
2.4.2 软体机器人抓手029
2.4.3 航空航天领域的应用030
参考文献033
第3章 形状记忆材料致动软体机器人 036
3.1 形状记忆聚合物致动软体机器人036
3.1.1 形状记忆聚合物的致动原理036
3.1.2 形状记忆聚合物的分类及制备方法043
3.1.3 典型形状记忆聚合物致动软体机器人046
3.1.4 形状记忆聚合物在多领域的应用049
3.2 形状记忆合金致动软体机器人053
3.2.1 形状记忆合金的分类及制备方法054
3.2.2 形状记忆合金的致动原理056
3.2.3 典型形状记忆合金致动软体机器人及其应用056
参考文献061
第4章 离子聚合物致动软体机器人 066
4.1 离子聚合物分类及致动原理066
4.1.1 离子聚合物分类066
4.1.2 离子液凝胶致动原理067
4.1.3 离子聚合物-金属复合材料致动原理068
4.2 离子聚合物致动器制备方法069
4.2.1 离子液凝胶致动器制备方法069
4.2.2 离子聚合物-金属复合材料致动器制备方法071
4.3 典型离子聚合物致动软体机器人073
4.3.1 离子液凝胶致动软体机器人073
4.3.2 离子聚合物-金属复合材料致动软体机器人075
参考文献078
第5章 水凝胶致动软体机器人 080
5.1 水凝胶与软体机器人080
5.1.1 水凝胶简介080
5.1.2 水凝胶基软体机器人简介080
5.2 水凝胶致动器的分类081
5.2.1 热响应致动器081
5.2.2 化学响应致动器082
5.2.3 光学响应致动器083
5.2.4 电响应致动器084
5.2.5 磁响应致动器085
5.2.6 液压响应致动器085
5.3 典型水凝胶致动软体机器人及其应用086
5.3.1 无约束毫米级软体机器人086
5.3.2 受含羞草启发的双层水凝胶致动器087
5.3.3 电辅助离子印刷水凝胶090
5.3.4 由天然多糖构建的双层水凝胶致动器095
5.3.5 DNA 序列响应水凝胶096
5.3.6 一种能实现蚯蚓状定向蠕动爬行的各向异性水凝胶执行器098
5.3.7 液压响应致动器和机器人099
参考文献102
第6章 电/磁流变体致动软体机器人 104
6.1 电/磁流变体的致动原理105
6.1.1 电流变体的致动原理105
6.1.2 磁流变体的致动原理108
6.2 电/磁流变体的分类及制备方法108
6.2.1 电流变体108
6.2.2 磁流变体112
6.3 电/磁流变体致动软体机器人及其应用118
6.3.1 典型电/磁流变体致动软体机器人118
6.3.2 电/磁流变体致动软体机器人的应用123
参考文献125
第7章 流体致动软体机器人 128
7.1 流体致动器及其特点129
7.1.1 流体致动器工作原理129
7.1.2 流体致动器的特点129
7.2 流体致动器的分类129
7.2.1 弹性流体致动器129
7.2.2 波纹结构软体致动器131
7.2.3 折叠软体致动器133
7.2.4 纤维约束致动器135
7.3 介质材料138
7.3.1 现有材料138
7.3.2 新材料139
7.4 流体致动器的制造方法139
7.4.1 浇铸成型140
7.4.2 形状沉积141
7.4.3 软光刻141
7.4.4 3D 打印142
7.5 应用领域145
7.5.1 特种作业145
7.5.2 抓持作业146
7.5.3 医疗康复147
参考文献148
第8章 折纸机器人 151
8.1 折纸概述151
8.1.1 Miura-ori 机构152
8.1.2 Ron Resch 机构152
8.1.3 Waterbomb 机构153
8.1.4 Square-Twist 机构153
8.2 折纸机器人的驱动原理和特点154
8.2.1 非功能材料驱动154
8.2.2 形状记忆聚合物驱动155
8.2.3 形状记忆合金驱动157
8.2.4 磁驱动158
8.3 制造方法161
8.3.1 浇铸成型161
8.3.2 3D 打印成型161
8.3.3 激光刀数字化切割材料成型163
8.4 典型的折纸机器人164
参考文献167
第9章 柔性传感器技术 170
9.1 柔性传感器简介170
9.2 柔性传感器的分类及传感机理171
9.2.1 柔性应变传感器171
9.2.2 柔性压力传感器174
9.2.3 柔性温度传感器175
9.2.4 柔性化学传感器177
9.3 柔性传感器材料178
9.3.1 基底材料179
9.3.2 传感层及电极材料181
9.4 柔性传感器制备工艺183
9.4.1 光刻工艺184
9.4.2 表面沉积技术184
9.4.3 印刷工艺185
9.5 柔性传感器的典型应用187
9.5.1 软体机器人188
9.5.2 健康监测189
9.5.3 虚拟现实与人机交互190
参考文献192
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