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中科院宁波材料所研发可编程双层膜驱动器可自身变形“软体机器人”
来源:浙江省院所联合会        2020-09-11 09:14:25        阅读:35
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       传统主流机器人是采用金属和其他硬质材料制造,装载连接电子仪器和元件。它们可以制造汽车、携带较重的物体装置,甚至拆卸炸 弹。然而,在一些特殊环境中,机器人的柔体结构是至关重要的。例如需要地震灾区救援,软体机器人的柔韧性让它们能够得以进入传统机器人无法抵达的狭小空间,软体机器人能够钻进那些依靠人力或传统机器人难以企及的地方展开救援工作。

       近期,我国研发了一种复合膜软体机器人。该机器人具有可编程性强、软体驱动器、红外光的控制下进行可控的自身形变等特点。通过图案化的石墨烯薄膜和/或局部回火预处理策略,实现了对这种热诱导变形系统的初始构型的定制化编程设计,从而创建了具有三维复杂驱动的形变系统。基于这种优异的形状变形控制性能,研究者将SGA/PE应用于开发各种热或光响应驱动器件,包括人工虹膜、人工睡莲,仰卧起坐机器人等固定位置的自身变形体系。

       复合膜是以微孔膜或超滤膜作支称层,在其表面覆盖以厚度仅为0.1~0.25μm的致密的均质膜作壁障层构成的分离膜。使得物质的透过量有很大的增加。复合膜的材料包括任何可能的材料结合,如在金属氧化物上覆以陶瓷膜或是在聚砜微孔膜上覆以芳香聚酰胺薄膜,其平板膜或卷式膜都要用非织造物增强以支撑微孔膜的耐压性,而中空纤维膜则不需要。

       回火处理为冶炼钢铁的一种技法,是指将经过淬火硬化或正常化处理之钢材在浸置于一低于临界温度一段时间后,以一定的速率冷却下来,以增加材料之韧性的一种处理。根据冶金原理,将经过淬火及正常化处理在放回中温浸置(时效)一段时间,可促使一部分之碳化物析出,同时有可消除一部分因急速冷却所造成之残留应力,因此可提高材料之韧性与柔性。

       软体机器人是一种新型柔软机器人,能够适应各种非结构化环境,与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作,一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料;区别于传统机器人电机驱动,软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料;一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等,从响应的物理量暂时分为如下几类:电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人,大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物,如蚯蚓、章鱼、水母等。

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       制造软体机器人使用的软光刻技术。软光刻技术是以柔软聚合物模具为载体,这是一个相对比较简单的制造过程。各种使用软印模来进行图形光刻的工艺技术合集,这些工艺技术包括微接触印刷、纳米压印光刻、模塑成型、微转移成型、毛细管微成型、以及溶剂辅助微成型等。柔体机器人可采用合成纸质材料、纤维织物和金属丝增强结构,具有硅胶外形。当它们模塑成型之后,该机器人与复杂的压缩气体源进行连接。例如:空气注射泵。

       在计算机领域,驱动器指的是磁盘驱动器。通过某个文件系统格式化并带有一个驱动器号的存储区域。存储区域可以是软盘、CD、硬盘或其他类型的磁盘。驱动器在整个控制环节中,正好处于主控制箱(MAIN CONTROLLER)-->驱动器(DRIVER)-->马达(MOTOR)的中间换节。他的主要功能是接收来自主控制箱(NC CARD)的信号,然后将信号进行处理再转移至马达以及和马达有关的感应器(SENSOR),并且将马达的工作情况反馈至主控制箱(MAIN CONTROLLER)。

       可编程物质主要是指一种可以根据用户输入或自主感应而以编程方式来改变自身物理性质(如:外形、密度、光学性能)的物质。它主要是由一种大小在100微米~1厘米之间的“中介态物质块”构成。这种物质块具有独立的功能和数据共享能力,可通过某一方式灵活地组合在一起,形成一个令人惊奇的新“物体”。这些神秘的智能“微粒”既可自主组合也可自主分离。随着半导体纳米技术和自复制技术的发展,“可编程物质”开始从理论模拟迈向真正的物理实现。一定量的“可编程物质”,通过下达指令,将其变成所需要的武器或工具,包括军械、智能军服、可进入掩体内部攻击敌人的软体机器人,甚至地面装甲车辆等等。

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