在材料科学和应用物理学领域，研究人员期望致动系统的性能与自然现象相似。作为一个经典的例子，科学家提议对仿生乌贼伪装的生物启发性材料进行工程设计，尽管对这种高度集成的系统进行工程设计可能会面临挑战，因为生成高尺寸建筑设计和与其制造过程相关的多功能材料的综合复杂性。在有关科学进步的最新报告中，Subramanian Sundaram和美国和法国计算机科学，人工智能和电气工程学系的同事向工程师展示了有关多目标拓扑优化和多材料按需按需打印(3-D)打印的完整协议复杂的执行器。
致动器包含与响应于磁场的磁性纳米颗粒/聚合物复合材料偶联的软性和刚性聚合物。拓扑优化器可以为单个体素分配材料，以增强高分辨率的物理外观。当他们将拓扑优化设计策略与多材料制造过程统一起来时，Sundaram等人。可以设计复杂的执行器，作为实现自动化和目标驱动制造的有希望的途径。
现代机器人需要执行器，这些执行器将多个功能集成在一个封装中，以优化高度，功率效率，拓扑，尺寸和其他性能指标。这个想法奠定了研究提议的基础，这些提议主张将感应，驱动和计算与机器人材料紧密集成。研究人员仍在争论机器人是将是具有大脑的身体还是具有身体的大脑，因此在材料和机器之间的区别尚待确定。使用机器人材料的新范例要求将机器人零件设计为具有多种功能，并针对自然生物针对多种目标进行优化。
复制受生物启发的多功能系统所面临的挑战仍然在于致动系统的设计。在墨鱼致动系统的经典示例中，同时控制物理偏斜和高分辨率外观会导致有效的生物伪装。由于创建高维设计空间以及用新材料和自由形式的几何结构制造这些设计的复杂性，在实验室中复制这种无缝集成的驱动非常麻烦。
在当前的致动系统示例中，材料科学家开发了一种具有数百万个相同致动器的数字微镜设备和一个具有微机电系统悬臂的“千足虫”高密度数据存储系统。针对功耗，低占地面积和过程可靠性进行优化的这些致动系统非常耗时，而不均匀的致动器阵列在实验室中带来了额外的复杂性。作为一种有前途的选择，拓扑优化技术可以在给定的设计空间中自动优化材料布局。
