許多動物能夠在行走、跳躍、爬行和游泳之間平穩過渡，而不需要進行大量的調整或重新配置。相比之下，大多數機器人卻不能。然而，卡內基梅隆大學的研究人員已經開發出能夠在各種運動模式之間無縫切換的軟體機器人，例如從行走到游泳或從爬行到滾動。

“我們受到大自然的啟發，開發出一種能夠執行不同任務並適應環境的機器人，而無需增加致動器或複雜性，”計算機科學學院人機交互研究所變形物質實驗室的博士後Dinesh K. Patel說。”我們的雙穩態致動器簡單、穩定、耐用，為未來的動態、可重新配置的軟體機器人工作奠定了基礎。

雙穩態致動器是由含有形狀記憶合金彈簧的3D打印軟橡膠製成的，它對電流的反應是收縮，這導致致動器彎曲。該團隊利用這種雙穩態運動來改變推桿或機器人的形狀。一旦機器人改變了形狀，它就會保持穩定，直到另一個電荷將它變回以前的配置。

CMU工程學院機械工程系教授卡梅爾-馬吉迪（Carmel Majidi）說：”與動物如何從行走到游泳到爬行到跳躍相匹配，是生物啟發和軟體機器人技術的一個巨大挑戰。”

例如，該團隊創造的一個機器人有四個彎曲的致動器，連接到一個由兩個雙穩態致動器組成的手機大小的身體的四角。在陸地上，弧形致動器充當腿，使機器人能夠行走。在水中，雙穩態致動器改變了機器人的形狀，使弧形致動器處於一個理想的位置，充當螺旋槳，使它能夠游泳。

“需要有腿來在陸地上行走，需要有螺旋槳來在水中游泳。”密歇根大學機器人學助理教授、Majidi的前博士生Xiaonan Huang說：”用為每種環境設計的獨立系統來建造機器人會增加複雜性和重量。”我們為兩種環境使用同一個系統，以創造一個高效的機器人。”

該團隊創造了另外兩個機器人：一個可以爬行和跳躍，一個受毛蟲和球鼠婦（西瓜蟲）的啟發，可以轉換爬行和滾動的姿態。

這些執行裝置只需要一百毫秒的電荷就能改變它們的形狀，而且它們很耐用。該團隊讓一個人騎著自行車在其中一個執行器上騎了幾次，並將他們的機器人形狀改變了數百次，以證明其耐用性。

在未來，這些機器人可用於救援情況或與海洋動物或珊瑚互動。在執行器中使用熱激活彈簧可以開闢環境監測、觸覺以及可重構電子和通信方面的應用。

HCII的Cooper-Siegel助理教授兼Morphing Matter實驗室負責人Lining Yao說：”有許多有趣和令人興奮的場景，像這樣的節能和多功能機器人可能是有用的。”