在自然界里头，形态的瞬间变化常常和生存有关联，比如说，捕蝇草能够在0.1秒的这么个时间内合拢叶片去捕捉猎物，狸藻却是以毫秒级的速度让气泡爆裂从而吸入 ——这些高速行动是源自生物体内储存着的弹性能量，在外界刺激之下瞬间释放它，触发“弹跃失稳”（ ）——这是一种同时具备快速、可逆和高效的天然机制哩。
受到这样的启发之后，科研人员在杆梁、折纸或许剪纸、壳体等人工结构当中，成功达成了单稳态还是双稳态的弹跃形变，不过整体依旧被限制于形态单一、设计空间有限以及缺乏重编程能力。尤其是在三维自支撑曲面里，要达成像自然界那样丰富并且可逆的快速形态转变，仍然是一项重大挑战。
需予以关注的是，有着多稳态以及低能耗稳定性的结构，不但能够达成形态记忆以及自复原，还为可重构并自适应的软体机器人开创了全新机会。怎样在有限能量状况下达成精准驱动与多模态运动，像跳跃、爬行、转弯或者穿越复杂地形，已然成为该领域的关键科学问题。
针对于这些挑战而言，美国北卡罗来纳州立大学的尹杰（Jie Yin）的课题组，提出依照“剪–粘储能”（cut-and-paste ）的创新办法，用来构建具备可编程以及可重编程特性的多稳态结构。此方法拥有着高度的普适性，能够适用于杆梁，包括条带，还有折纸、剪纸以及壳体等多种体系 。
基于这样的一种思路，团队最先提出了一种超材料单元（- - meta-unit），它是由多条细带构成的灯笼状多稳态带簇样式。在组装进程当中，该结构凭借带条的弯曲以及扭转来储存弹性能，进而达成了从未有过的多稳态可编程弹跃形变（ ）。研究显示，单个单元能够在边界翻转、拉伸或者扭转载荷的状况下，呈现出超过十三种三维弹跃形态，并且还能够在单稳态、双稳态、三稳态乃至四稳态之间随意切换。“ in - meta - units using ”标题下所示的该成果，被发表在了之上，论文首位署名作者是身为博士的洪尧烨（Yaoye Hong）。
进一步来讲，团队于壳单元体系里，发展出了多稳态可展薄壳超结构，也就是 shell ，它能够在没有外部锁定力的情形下，仅仅借助简单的拉伸以及压缩，就可自由切换超过 20 种稳定形态。研究还提出了“动态虚拟折线”这一新概念，该概念揭示了多稳态转变的内在力学机理。因为具备低能垒与多稳定特性，所以这类薄壳结构十分适合与多种驱动机制相结合。
研究团队把它跟磁场驱动以及电驱柔性薄膜结合在一起，构建出了一系列有着多响应特性、具备自适应能力的“超构机器人”，其中包含：一种在磁场之下能够达成多步态跳跃以及爬行的自适应磁驱动机器人，还有一种在磁场与电刺激之下能够自主转向、爬行的双响应可重构软体机器人，这些机器人能够依据环境随时把体态调整好，达成跨越障碍、穿越狭缝等复杂运动，呈现出卓越的灵活性与能效。有着相关成果，是以“thin-shell for ”作为题目，从而发表在了 之上，而那篇论文的第一作者，是身为博士生的周才植（Zhou）。
灯笼状多稳态带簇超材料单元
研究团队提出了一种制造方法，这种方法简便高效，被称为“剪与粘”（图一），它是通过激光切割，把薄片材料例如PET薄膜裁剪成多条平行的细带，然后在两端角点处重新进行粘接，如此一来，薄片就从平面结构“弹”成了立体的灯笼状带簇单元，在此过程中，通过调节二维条带之间的夹角也就是第一个欧拉角β，研究者能够精准控制单元内部储存的弹性能量。
在β较小的情形下，结构主要呈现扭转状态，其形变过程较为平缓，而当β超出某一临界值之后，这时系统便进入到以弯曲为主导的区间，进而触发明显的“弹跃”转变，恰恰是这种在角度驱动作用下所产生的能量差，使得灯笼状单元能够在被压缩或者扭转的进程当中展现出多种具备可预测性的三维形态，从而为后续的多稳态调控以及功能设计奠定下了基础。
更能让人感到惊喜无比的一点是，处于制成形状之后的这种结构呢依然是拥有那种“重编程”才能。研究团队经过详细探究发现，借助于调校第二个关键角度，也就是那个翻转角 α，则在调整翻转单元的上下边界方向之后了，结构内部的能量分布状况能够被再次进行安排组织。如此一来，单个的单元便能够做到在“花瓶”“沙漏”“锥体”等好多不同的宏观形态之间自由自在地进行转换，每一种形态都分别对应着独一无二的弹跃路线和失稳模式。正是这种在 α 驱动之下才得以实现的形态重编程的情况，让结构拥有了类似于生物体所具有的那种“变形记忆”的特性。
在这个基础之上，团队又引进了第三个控制参数，也就是扭转角γ。γ决定了，结构在不同形态间进行转换的时候，所需要跨越的能量屏障，也表明它能够对弹跃的方向加以指挥。当单元处于“花瓶态”时，稍微调整γ，就有可能致使结构忽然跳变，成为紧凑的“沙漏”或旋转收缩的“陀螺”形态。这种由γ主导的变形路径，进一步拓宽了结构了的动态响应能力。
当β这一欧拉角，与α这个欧拉角，以及γ此欧拉角，三个欧拉角共同协同作用的时候，灯笼状带簇单元呈现出了从来没有过的三维形态自由度。
其内部存在着弯曲以及扭转耦合的机制，这种机制使得结构能够去自动选择最优的变形路线，在多种潜在给定路径当中，进而形成那种自发演化的多稳态行为。通过实验以及模拟能够表明，单个单元就可以实现十三种以上稳定或者多稳态形态，这便为未来具备可重构、可编程特性的软体超材料以及机器人提供了全新的设计思路,。
图一 多稳态三维灯笼剪纸单元
灯笼剪纸应用前景：受限环境中的快速抓取与流体控制
为了验证那种呈现灯笼状且带有簇状的超材料所具备的可控性以及应用方面的潜力，研究团队在单元的顶部附加了磁响应弹性体，并且通过向外施加旋转磁场的方式对其加以驱动，成功地演示了“花苞–盛放”这种可逆的转变过程 （图二）。随着磁场角度渐渐地增加，单元在仅仅 0.06 秒的时间内就完成了从张开的“盛放”状态迅速闭合成为紧密的“花苞”球壳；当磁场反向进行调节的时候，结构又在 0.04 秒内再次舒展成为“盛放”形态。更为关键的是，闭合之后的花苞并非非得依靠持续的外部能量来维持，它能够自行保持稳定 。
图二，在受限环境里存在应用，其中包括柔性机械抓手，还有流体控制阀门，以及受限可展结构。
一种被研究团队进一步转化成适用于受限环境的非侵入式抓手的，是这种“花苞–盛放”式的动态演化，在水下实验里，研究人员展示了该结构怎样快速包裹并抓取活体鱼类、鱼卵等柔软且脆弱的目标，和传统机械夹持不一样，球壳式闭合的包裹方式避免了硬接触造成的损伤，切实实现了温柔又高效的抓取以及释放，另外，研究团队还把其原理拓展到流体控制，通过在单元的一端封接柔性膜片并嵌入管路，他们构建了一个可远程驱动的软体阀门。当结构处于那种被称作“花瓶”的状态之时，液体能够自由自在地通过；然而在磁场发挥作用从而跳跃转变成为“沙漏”状态之际，带有簇状物的扭转致使内置的管道产生出褶皱以及阻断，在瞬间就完成了流体的关闭。把磁场释放掉以后，结构会自动回复成为起初的形态，阀门再次开启。跟传统的阀门相比较而言，这样的设计不但响应速度更快、结构更加柔顺，而且还能够在不规则以及受限的空间范围之内可靠地开展工作，为柔性输运系统以及微创医疗器械提供了全新的可能性 。
多稳态可展薄壳超结构
研究起始于一张带有“H形”切口的PET薄片，此为图三的所示之物。将切开的内边缘重新粘合在一起之际，薄膜会自发地弹起，进而形成对称的三维壳体结构，并且内部储存了可观的弹性应变能。这种预先储存的能量赋予了它多稳态特性，即它能够在多个稳定形状之间实现自由切换。随着粘合距离的不断增大，薄膜中储存的能量得以增加，稳定形态的数量也跟着迅速增长，具体从最初的4种增加到多达20种。让人感到十分惊奇的是，此种薄壳构成的单元物理学家尹杰，其“形变效率”远远超过了现有的多稳态构形单元，是平常折纸结构的四倍还要多。当许多个单元彼此相连的时候，还能够组合出有不止数百种稳定的形态，为搭建具备多种功能且可重新构建的材料以及机器人稳固地奠定基础。
图三 多稳态可展薄壳超结构变形效率以及潜在应用
简单拉压导致形态转化以及折叠的“动态虚拟折线”
在实验以及仿真当中，研究人员详尽且细致地揭示了这些形态转变的进程。借助轻微地按压或者拉起壳体特定的区域，像是拱顶或者侧边，结构会在不同形态之间“跳跃”进行切换，并且每一种形态都能够独自保持稳定，这在图四a当中有所体现。这种转变对应着材料内部能量的重新分派：等到局部弯曲能量积累到临界点的时候，结构就会“啪”的一下发生翻转，进而进入新的稳定状态。能量图谱的剖析表明，这些“形态跃迁”背后隐匿着类似物理势垒的机制，该机制决断了每种形态之间的切换难易程度。
图四 拉压导致多稳态形状变化以及动态虚拟折线折叠原理
研究团队引入了一个新概念物理学家尹杰，这个概念叫动态虚拟折线，目的是为了理解那种复杂的形变机制，这些折线与传统折纸里的真实折线不一样，是由材料内部应力分布构成的无形折线，当这些区域的弯曲能量集中起来的时候，就如同折纸被暗中折叠了那般，会引发结构形态的跃迁 。经过借助有限元仿真，并且将其与可展曲面理论相互结合起来进行分析（参照图四b），研究中发觉这些虚拟褶皱能够划分成三类，I型（呈现黄色）：处于弧边位置的水平褶皱，II型（呈现绿色）：处于四角地区的倾斜褶皱，III型（呈现紫色）：位于中央部位的交叉褶皱。不同褶皱的激活以及折叠，正是架构形态转变的“控制开关”，它决定了结构怎样进行弯曲、翻转以及回弹。
应用：自适应磁驱多步态跳跃与爬行机器人
科研团队把磁性弹性薄带粘贴于关键触发区域，借助外部磁场操控，达成了结构的远程形态变换以及多模态运动（图五）。于不同磁场方向之时，薄壳机器人能够自主转变八种稳定形态：翻转、卷曲、伸展、折叠，于地面上跳跃、爬行、转身，并且能够在没有持续能量输入的情形下维持形态。例如，在“跳跃模式”之下，它如同跳蚤那般快速跃起；然当切换成“爬行模式”以后，它又能够贴地前行。相对更让人惊喜的是，它具备着可以在繁杂地形里自行适应并切换步态的能力，当碰到障碍物的状况时，它会通过跃起的方式跨越过去，而在进入到狭缝这种情况时，它又能够采取收拢自身身体的举措进而穿行过去。
图五 自适应磁驱多步态跳跃与爬行机器人展示
应用：双响应可重构可转向软体爬行机器人
团队还进一步开发出一款“双响应爬行机器人”（图六），该款机器人能同时响应磁场与电信号。它由两个多稳态单元串联组成，中间嵌入压电薄膜（PVDF），在交流电刺激下产生周期性弯曲以实现振动驱动。磁场的加入可改变结构形态促使机器人在多种构型之间自由切换，它能直行，能倒退，能原地旋转，甚至能自主拐弯，还能在“T形狭道”中自由穿行。这一设计，首次达成了软体机器人的结构重构，以及路径控制的统一，使得机器人不再去依赖复杂机构，而是通过内部弹性能量，与外场协同从而实现智能导航。
图六 双响应可重构可转向软体爬行机器人展示
展望：从结构到智能，开启形变材料的新篇章
研究团队正逐步搭建起从形态编程到智能运动的完整体系，从“灯笼状多稳态带簇超材料”直至“磁驱多模态软体机器人” 。前者透过几何参数的设计与重编程揭示了三维结构于多稳态间自由切换的方式，后者进一步把这种结构自由度同磁电响应材料相融合，致使机器人能够于外场驱动下呈现多种运动模式，涵盖自适应跳跃、变形爬行以及复杂地形穿越 。
这两项研究相互结合，这具有标志作用，标志着软体机器人正从那种被称作“被动形变”的状态，朝着被称为“能动决策”的全新阶段迈进。凭借多稳态结构所拥有的能量景观可编程特性，以及磁驱动具备的可远程控制属性， 未来的机器人被期望将拥有更高的环境适应能力，还有和任务相关的自我主动特点，可以达成不需要外部连接线路的自我驱动，能够进行重新构建自身形态，并且拥有多种功能的运动 。
朝向未来进行展望，这一连串的工作，不但给可重构机械超材料以及自适应机器人系统，提供了全新的设计思路，还对柔性制造、生物仿生跟智能医疗器械等领域，开拓出了宽广的前景。能够预见到，伴随多稳态结构力学和多场耦合驱动技术的更深层次融合，形变材料会从“可变形”迈向“有智慧”，开启软体机器人和智能结构的崭新篇章。
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真是难以理解你提供句子的含义和具体要求进行改写呀，你可以详细说明一下句子的准确意思以及改写的具体指向等，以便我能更好地为你完成任务 。句中的多个缩写或者不完整表述让人无从下手准确改写 。
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中国科学院周某某等人，薄壳结构相关研究论文，发表于《科学进展》杂志2025年第11期。 ，其研究成果为 。 ，刊载于《科学进展》11卷制度大全，（2025年这一特定。
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