当机器人技术向家庭、养老、医疗等人机共存场景探索时，刚性机械臂的安全隐患与电子器件的可靠性局限，正成为制约其落地的关键，而柔性智能与机器人的融合，逐渐成为破解这一难题、实现“人机安全交互”的核心方向。
在创业邦2025（第十九届）DEMO CHINA大会现场，西湖大学工学院讲席教授、跨力学实验室负责人姜汉卿围绕“迈向柔性智能时代”主题，结合自身从开创柔性电子领域到回国搭建跨学科实验室、推动科研落地的经历，分享学界对AI与机器人结合的思考，旨在为业界提供从技术理念到产业化实践的柔性智能视角，助力柔性技术更好服务于“From Lab to Life”的科研目标。
以下是姜汉卿的演讲实录，由创业邦整理。
科研经历与柔性技术的缘起
我从学界角度分享一些浅见，讲讲我们如何看待AI与机器人的结合。这个“迈向柔性智能时代”的题目，是我们和创业邦一起定的。在讲柔性技术之前，我想先聊聊为什么要做柔性，这和我个人的经历密切相关。
我2021年离开美国全职回国，这背后离不开我在美国20年的经历。2001年博士毕业后，我就去美国做博士后，一直待到2006年，之后留在美国任教。做博士后的最后一年，我和两位领域内的大咖共同提出了“柔性电子”的概念——当时我们判断，电子器件的发展会走两条路：一条是以英特尔、AMD为主的“更强大”路线，追求芯片封装密度更高、速度更快；另一条是“更贴合人体”的路线，也就是柔性电子，它能贴在人体上，甚至植入体内，我们当时还做出了第一个可拉伸的硅器件，这个成果在2005年被MIT评为十大科技成果。如今20年过去，柔性电子已经成了非常成熟的商业化赛道。
2006年我开始在美国独立任教，而美国的独立任教有个明确要求：你做的研究必须和之前不一样。所以从那之后，我就没再继续做柔性电子，但我的科研方向始终偏向“柔性”——后来又做了基于折纸超材料的研究，以及柔性电子的其他应用。
2021年我决定回国，核心原因是想让自己的科研找到落地场景。回国后我建的实验室叫“跨力学实验室”，这个名字翻译得不太准确，我们不只是做力学，更想做有社会影响力的事——不只是发文章，关键是要有能落地的产业化场景。我过去的研究大多是“柔性与刚性结合”，比如柔性电子就是把刚性电子器件做得偏软，以便和人体结合；而机器人本身是刚性的，怎么让它和人类更好结合？现在的刚性机器人显然不是最好的解决方案，这也是我回国后想突破的方向。
我的实验室也基本复刻了我在美国的科研风格——美国没有专门的力学系，力学大部分在机械系里。所以我的研究偏机械方向，又带着力学背景，会融合材料、化学、化工、电子、控制等多个领域。因此，跨力学实验室也是工学院90多位老师里最“跨界”的，我们现在有40多个人，基本涵盖了所有传统工学专业，这为做跨界创新提供了很好的基础。
核心技术：柔性变刚 机械臂与全臂感知
接下来我想讲第一个核心技术：如何用我们的思路解决“人机共存”环境下的安全问题。现在大家看到的机器人展示，不管是跳舞、搬东西，还是长跑、送快递，场景里基本都没有人，只有机器人自己。但我们想要的是“人机共存”——就像20年前做柔性电子时的思路，电子器件一条路是更强大、成本更低，另一条路是功能更多、能和人更好结合，我们走的是第二条路。如果机器人要进入家庭、养老、医疗这些场景，安全肯定是第一位的。
可所有电子器件的安全都是有局限的：电脑会死机，手机用一会儿也会死机，要是机器人死机了、乱码了怎么办？一个五六十公斤装配了几十牛·米扭矩的电机挥来挥去，这绝对不安全。在我们这个领域里，真正安全的“兜底方案”必须是机械的——比如工业自动化中，最后能一键制动的都是机械装置，复杂的电子方案只是辅助。基于这个逻辑，我们研发了“柔性变刚机械臂+全臂感知”技术。
1. 技术理念：工作时“刚”，交互时“柔”
机械臂必须满足两个核心需求：一是工作时要有足够刚度——如果软趴趴的像人的手臂，载荷能力差，没法干活；二是控制难度低——软机械臂有无限多的自由度，而现在所有机械臂的控制都基于刚体动力学，速度有限，还得解复杂方程。所以我们的理念是：工作状态下，机械臂性要能和刚性机械臂“极限接近”；和人交互时，要尽量“软”，万一碰到人或物体，能瞬间变软——而且这个“变软”的兜底方案，不能依赖电子器件，要像人的膝跳反射一样，不用经过“大脑”，能自动控制、自动变软，这样才安全。
2. 关键技术：机械超材料、阻塞机制与双稳态气阀
我们的机械臂看上去和刚性机械臂没区别，也是电机驱动，控制方式也一样，核心差异在“变刚度”的内部技术，这里用到了实验室的两个关键技术：
机械超材料：超材料的概念十几年前就有了，最早从电磁领域开始，而“机械超材料”的性能主要靠结构决定，和材料本身关系不大。举个例子：一张纸放在桌边会塌，没法承载，但把它折成特定形状，就能承重。我们用的是第三代材料——纸和碳纤维的复合材料，形状灵感来自鱼鳞和穿山甲鳞片，再用纺织工艺织成特定形状，包裹在气密气腔里。
阻塞机制：就像袋装大米——没开封时硬得像砖头，一旦开封进气，马上就变软。我们靠这个机制实现“刚柔切换”，硬态时的刚度和钢管机械臂很接近，常见负载下，标准件位移是0.1毫米，我们的机械臂位移是0.3毫米，工作时用一节标准件做微调，就能适配现有控制逻辑。
另外，我们还设计了“双稳态物理智能气阀”来判断“变刚度”的时机：气阀是纯机械结构，常态下关闭，机械臂外部是正压腔、内部是负压腔；它的“双稳态”类似小朋友玩的“甩尺”，有两种稳定形态。当检测到“高速撞击”时，气阀会自动打通，正压腔的气体瞬间进入负压腔，机械臂能在0.3秒内变软，同时正压腔会保留一定刚度，避免机械臂完全坍塌。
3. 全臂感知：简化方案，4个传感器实现整臂检测
很多人觉得机器人需要密布传感器，但人体手臂的传感器其实并不“全域丰富”——只有指尖、舌尖有毫米级分辨度，胳膊上3公分间距的触碰根本分不出来。所以我们用了更简化的思路：利用充气气囊的“弹性波传播”特性——撞击会产生弹性波，波的振幅和相位能传递冲击信息，理论上2个传感器就能逆解出“冲击怎么发生、有多少冲量”；为了冗余，我们只用了4个标准传感器，就能在50毫秒内检测出撞击，既能用纯机械方案兜底安全，也能让机械臂主动避开碰撞。
4. 整机展示与康养机器人规划
我们已经做了整机展示：强项是做机械臂，整机靠外接资源实现，但现在也能独立做整机。视频里能看到：机械臂工作时是硬的，能完成抓握、按摩等功能；撞击后0.3秒内会变软，且能反复切换刚柔；目前最新方案已经能包裹关节，下一代会用硅胶完全包裹关节，还能取消外部气动装置。
基于这个机械臂，我们计划在10月16日的全国养老大会上，官宣“柔擎”智能康养机器人——它高1.53米，有跌倒预报警、健康管理、情感陪伴功能；第二代产品会重点落地养老场景，新增辅助翻身、辅助移位、二便护理功能。
柔性智能的多元应用探索
除了机械臂，我们还在探索更多柔性智能应用，覆盖微型作业、工业分拣、特殊人群辅助等领域。
1. 微型机器人：无外场驱动，可群体协同
现在的微型机器人大多是“电动驱动”，我们创新了驱动方式：把弹性力和电磁力配对，做出了能在“无外场环境”下驱动的微型机器人。这个机器人的小马达约1.5厘米，能实现60赫兹振动，以爬行方式移动；还有游泳机器人，体长1.6厘米、重1.8克，最快每秒能游6厘米，还能跳跃，可通过高空无人机抛洒部署。
它的核心是一个新型小直线电机——结构伸展比达60%-70%，能在小空间内输出大力量，输出力是自重的30多倍，相当于每公斤结构输出21公斤力，可当“人工肌肉”用。下一步我们会推进“群体智能”：让微型机器人像蚂蚁、蜜蜂一样协同作业，不用GPS，也没有中央大脑，每个机器人只要感知邻域环境，就能制定策略，适合管道、隧道、洞穴探测，以及地震抢险等极端环境，目前群体智能算法已经跑通。
2. 定制化柔性抓手：解决工业分拣难题
现在工业产线上的物品形状多样，我们做了一款“柔性抓手”，核心不是材料，而是“结构与力学设计”——靠“包裹式抓取”，不是粘取。它特别适合抓“形状不固定、滑、重，或尖锐”的物体，比如4点几公斤的新鲜猪肝。目前我们已经和国内最大的单品预制菜场合作，定制这款抓手：预制菜行业里，打了鱼浆的食材很滑，之前全靠人工分拣，我们的抓取机器人能实现全自动分拣，10月份会交付设备。
3. 构音障碍辅助：柔性电子+AI，帮特殊人群“说话”
回到我2005年做的柔性电子，现在我们把它和AI结合，解决“构音障碍”问题——比如老年痴呆、中风、渐冻症患者，还有部分聋哑人群。我们做了贴在喉部的柔性传感器，结合语音信息和多模式学习，目前已经能实现80%多的正确率，能把患者的“语音意图”重构出来，帮他们重新和世界交互，这项工作目前正在发表中。
我们实验室做的所有研究，核心宗旨都是“From Lab to Life”——让科研从实验室走向生活，真正服务于人；本质是“科技向善，以人为本”。谢谢大家！
