基于软材料的微型电子器件、驱动器以及软体机器人是面向未来工程应用的新兴研究领域。利用软材料的变形特性开发具有多功能、自主变形特性的仿生驱动器受到了研究者的广泛关注。自主变形驱动器的原理是通过改变自身形状对外部刺激做出响应。因此,探索能够有效、快速实现自主变形的驱动机制是开发高性能驱动器的关键。近年来,褶皱、折叠、折痕、凸脊等表面失稳和弯曲、扭转等结构失稳成为备受关注的新型驱动机制。对这种新型驱动机制背后隐藏的失稳机理开展深入研究,有助于设计具有特定驱动机制和出色仿生性能的驱动器结构。本文旨在将基于弹性失稳的仿生学概念引入软材料结构中,研究双层结构的表面失稳特性以及水凝胶三维曲面结构的结构失稳特性,并将上述失稳特性研究成果应用于自主驱动机制的研究和自主变形驱动器的设计,主要工作如下:（1）制备了以聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯形状记忆聚合物为基底、以氧化锌或金为薄膜的双层结构,通过实验研究了薄膜厚度、预拉伸应变、形状记忆效应和热膨胀不匹配等对双层结构表面失稳形貌演化特性的影响机理。结果表明,薄膜和基底之间的热膨胀不匹配引起双层结构表面形成无规则分布的褶皱,而预拉伸应变和形状记忆效应则促使双层结构表面生成了垂直于预拉伸方向的条纹状褶皱。基于薄膜的屈曲失稳模型,有效表征了双层结构独特的失稳力学行为,揭示了其失稳行为的演变规律。（2）基于微加工技术和等离子体表面处理技术制备了图案化/无图案表面的薄膜/聚二甲基硅氧烷单层和双层结构,通过实验和有限元模拟方法开展了单轴压缩状态下该结构表面失稳行为的研究。根据单轴压缩/拉伸载荷下结构表面液滴形状的演化行为,研究了表面各向异性润湿性以及晶格孔和表面褶皱对表面液滴形状的影响机制。研究表明,单轴载荷作用下表面液滴从初始的圆形转变为具有双轴几何特征的椭圆形,且表面失稳形貌和晶格孔的耦合效应显著增强了液滴接触线的钉扎效应,验证了表面润湿性的各向异性依赖于表面形貌这一机理。（3）结合多孔弹性介质理论,通过自由溶胀实验研究了水凝胶球、半球和半球壳的溶胀动力学特性,并利用调节结构参数（内径、外径）和材料参数（交联剂/丙烯酸钠含量）的方法研究了基于失稳力学行为的变形驱动机制。研究表明,自由溶胀过程中水凝胶球表面形成了折痕形貌,折痕间距与溶胀时间的平方根成线性关系,而折痕深度先增加后减小至零。水凝胶半球体/壳的球表面形成了相似的折痕形貌,且伴随着边缘屈曲和结构失稳的出现,水凝胶半球体/壳实现了“张开”-“闭合”-“张开”的变形。通过调节结构/材料参数实现了对水凝胶半球壳自由溶胀变形的控制,并基于此设计了水凝胶机械抓手/仿生花朵。（4）通过自由溶胀实验研究了水凝胶“半圆柱壳”状驱动器在非均匀溶胀过程中表面和结构失稳的耦合行为,并进一步探索了结构参数（壁厚、长度和角度）、交联剂含量和溶液浓度对水凝胶驱动器自由溶胀过程中表面失稳、边缘屈曲和结构失稳力学行为的影响机制。结果表明,水凝胶半圆柱壳的外圆柱表面在溶胀初期形成网格状折痕形貌,随后由于表面失稳和结构弯曲的耦合作用,网格状折痕转换成条纹状折痕,直至最终均匀溶胀时折痕完全消失。与此同时,半圆柱壳结构经历了从“张开”到“闭合”再到“张开”的结构变形过程。基于以上研究成果,实现了对水凝胶驱动器的可重复驱动。