由新型软性资料构建的人造肌肉非常柔嫩，具有高功率密度、长寿命等上风，其智能性体现为正在外界（电场）刺激作用下可变形，可以正在蜿蜒管道中被动顺应管道曲率。
航空发动机有很多庞大蜿蜒的管道，活期巡检这一些管道，依附的是管道机器人。以刚性资料制成的机器人“块头大”，没法进入微细管道，但一种靠智能资料驱动的软体机器人，有望填补微细管道巡检探测设备的充足。
近期，清华大学机器工程系当代机构学取机器人化设备实验室的科研团队研发了一种以新型软性资料介电弹性体致动器和基于智能复合微结构的锚定单位作为人造肌肉和传动装置，构建的蚯蚓仿生管道机器人。相干研讨论文发表于国际期刊《科学·机器人》。
蚯蚓经由过程肌肉和刚毛的共同使身体蠕动，正在局促的环境中来去自如。由新型软性质料构建的人造肌肉具有可控收缩和舒张变形特征，智能复合微结构的作用则类似于蚯蚓腹部的刚毛，使机械人正在微细和蜿蜒的庞杂管道内高速“蠕动”。
人造肌肉正在外界刺激下可变形
现在已研发的管道机器人有轮式、腿足式、履带式等，其机电、齿轮、传动杆件等首要构件利用的是刚性资料，适用于大口径管道巡检。当触及直径小于1厘米的微细管道时，其尺寸不能按比例缩小。
而该团队研发的蚯蚓仿生管道机器人仅比普遍的蚯蚓体型稍粗，机器人重量只有2.2克、长4.7厘米、直径不到1厘米。取蚯蚓由若干小体节构成稍有差别的是，该管道机器人由3部份拼装而成，分别为延长单位、锚定单位和磁单位。
论文通讯作者、清华大学机器工程系副教授赵慧婵告知科技日报记者，实现管道机器人尺寸小型化的关键在于智能质料的选取和制备。
该机器人的延长单位是一种柔嫩的人造肌肉。针对刚性质料没法缩小等题目，该团队创造性地将弹性体软质料和柔性电极质料层层瓜代堆叠卷绕，制备成机器人的人造肌肉。
赵慧婵引见，接纳这类体例制备的人造肌肉非常柔嫩，具有高功率密度、长寿命等上风，其智能性体现为正在外界（电场）刺激作用下可变形，可以正在蜿蜒管道中被动顺应管道曲率。另外，行使人造肌肉独有的可控收缩和舒张变形特征，机器人可正在管道中快速“蠕动”。
防止软性质料黏性危害活动速度
“蚯蚓的蠕动行动为了研讨团队很大的启示。”论文第一作者、清华大学机器工程系博士后汤超示意，为使管道机器人真正动起来，除上文所述由人造肌肉组成的延长单位，另一个环节要素是机器人的锚定单位。
为了制作锚定单位，团队经由一番讨论研究，决议采取一种专门建造渺小资料的加工手艺——智能复合资料微结构手艺。“基于该手艺，研制人员经过激光切割和热压成形工艺，设计制作了一种特别的刚性组件，它密密层层地附着于延长单位底部，可以使机器人高效挪动。”汤超说。
经由过程人造肌肉和刚性组件，使管道机械人像蚯蚓一样“蠕动”的物质基础曾经具有。然则，管道机械人的使用场景决意了其需要在多介质、多材质、变管径的庞杂管道内，依照必然的速度开展探测。那末，该机械人的挪动速度会受到资料哪些方面因素的危害呢？
赵慧婵引见，屡次实验注解，正在高频的驱动下，软性质料的黏性会拦阻本身的变形幅度，而且使得变形取驱动旌旗灯号之间构成一个很小的时间差；而共振的特征能够放大变形的幅度。“我们经过调制驱动旌旗灯号的频次和相位，来婚配和顺应质料的黏性、惯量、弹性等特征，进而幸免黏性带来的晦气危害，阐扬共振带来的增益效应。”赵慧婵说。
研究人员对机械人的静态特征做了建模和剖析，对软性质料驱动的一些特征比方黏性、共振特征等，进行了调控和行使，终极实现了机械人在亚厘米巨细管道中各标的目的的快速活动。实验发觉，机械人以约100赫兹的频次“蠕动”时的活动速度能够保障探测服从。
据悉，由新型软性资料构建而成的人工肌肉和智能复合微布局，除适用于制作微型管道检验机器人以外，还能够遍及应适用于各种渺小型机器人的驱动和传动，比方微型飞行器、微型空中移动机器人等。赵慧婵示意，这款管道机器人今朝正在实现产业化层面面对的挑衅，包罗制备工艺的规模化和稳固性问题、智能资料取布局自己的服役寿命等。
赵慧婵透露表现，这款管道机器人，未来有望正在航空发动机管路检验等行业发挥作用。“当前的飞机发动机查抄办法很是耗时，依赖于高技能的工程师。研讨团队想要这类依赖智能资料驱动的‘以柔代刚’的机器人，能正在飞机发动机管道中进行检验，与此同时将沿途的一切图象发还，以节约工程师的时候和精神。”她说。