软体机器人是一个新兴的研究领域，专注于开发受生物有机体适应性和多功能性启发的柔顺和合规的机器人系统[1]。与传统刚性机器人相比，软体机器人依靠材料的柔顺性和分布式驱动来实现安全的人机交互、环境适应性和精细操作[2]、[3]。这种设计方法推动了软材料、仿生结构和非常规驱动策略的整合，以实现刚性架构难以实现的功能。软体机器人驱动包括多种机制，如气动和液压膨胀、介电弹性体、热致和相变材料、静电和磁驱动，以及化学和生物驱动系统[4]、[5]。每种方法在力输出、响应速度、效率、可控性和可扩展性方面都有其独特的优势和局限性[6]、[7]。最近的观点强调，没有一种驱动策略是普遍最优的，这突显了根据具体应用选择材料和驱动原理的重要性[8]、[9]。在这个更广泛的背景下，压电驱动因能够直接将电输入与机械变形耦合而受到越来越多的关注[10]。压电材料能够在紧凑的配置中实现快速响应、高带宽和固有的传感能力，使其特别适用于需要精确运动控制和多功能集成的电驱动软体机器人[11]、[12]、[13]。
压电驱动系统在运动、抓取、微操纵和能量收集方面展示了显著的能力，证明了它们在工业和生物医学领域的多功能性[14]、[15]、[16]。尽管有这些优势，但仍存在一些挑战。传统的压电陶瓷，如锆钛酸盐（PZT）和钛酸钡（BaTiO₃），虽然具有高的机电耦合，但本质上很脆，可实现的应变有限[17]。相比之下，聚合物如PVDF及其共聚物具有更好的柔韧性和生物相容性，但压电系数相对较低[18]。混合和复合材料方法结合了陶瓷、聚合物或纳米材料，越来越多地用于弥合这一性能差距，使材料同时具备机械柔顺性和电响应性[19]。最近在微型软体机器人方面的进展利用了压电驱动结构实现了卓越的移动性和鲁棒性。例如，一种昆虫大小的快速移动且极其坚固的软体机器人展示了曲面压电单形态软体机器人，其速度可达每秒约20个体长，并能承受成年人的脚步重量，这突显了压电材料在结合高速运动和耐用性方面的潜力[20]、[21]。最近，梁等人将共振压电薄膜体与静电脚垫集成在一起，实现了轨迹可控的敏捷昆虫大小软体机器人，达到了每秒平方28个体长的向心加速度，展现了昆虫级别的运动性能[22]。薛等人展示了一种基于梯度硬度碳纳米管海绵的三维溶剂响应软执行器，通过硬度不对称性限制各向同性膨胀，实现了方向性推力和固有的自感知[23]。这些研究说明了如何利用硬度梯度和多孔结构在软执行器中实现方向性力输出和多功能性。
与溶剂响应和化学驱动的软执行器相比，压电驱动提供了快速的电控制、高带宽和精确的波形编程能力。压电蠕虫状爬行者展示了具有可控步态周期的连续运动[24]，而仿生弯曲执行器实现了超快的爬行和翻转动作，其速度和重复性超过了许多传统软执行器[25]。可重新编程的压电执行器阵列已被提出用于自适应形状变形[26]，而受章鱼启发的微型机器人通过集成弹性体的压电薄膜实现了多自由度爬行[27]、[28]。同时，聚偏二氟乙烯（PVDF）及其共聚物被电纺成具有高触觉反馈灵敏度的纳米纤维电子皮肤[29]，多层压电传感器实现了机器人操纵器中的滑动和抓取监测[30]。复合系统如钛酸钡（BaTiO₃）-聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜[31]和含有碳纳米材料的聚偏二氟乙烯–三氟乙烯（PVDF-TrFE）纳米复合材料[29]进一步结合了高机电输出和机械柔韧性，拓宽了其在多功能机器人皮肤中的应用。总体而言，这些进展标志着从孤立的材料开发向系统级集成的转变，在这种集成中，压电组件作为软体机器人的机械、电气和传感核心。这些发展显示了压电材料和执行器设计在推动电驱动运动、操纵和感知方面的日益重要性。同时，它们也突显了与应变限制、非线性行为、功耗和系统集成相关的持续挑战，这些挑战限制了更广泛的采用。
本综述从关键角度审视了压电驱动的软体机器人系统，涵盖了材料类别、驱动机制和代表性的系统级应用。重点讨论了压电材料如何集成到软体机器人中，用于运动、抓取、精确驱动以及生物医学和可穿戴应用，以及相关的设计权衡和限制。通过综合最新进展和未解决的挑战，本文旨在澄清该领域的现状，并确定压电软体机器人研究的现实方向。
