我院研究团队论文在《National Science Review》刊发

作者:陈环环 编辑:吴仰天       发布于:2019-09-05 10:03:51       浏览次数:

711日,期刊《National Science Review》(简称NSR,影响因子13.222)在线刊发了我院数字制造装备与技术国家重点实验室丁汉教授、吴志刚教授关于软体机器人无线驱动的最新成果:Bio-Inspired Untethered fully soft Robots in Liquid Actuated by Induced Energy Gradients(由诱导环境能量梯度驱动的液体环境仿生无约束软体机器人)。我院博士生吕良雄、硕士生李芬、博士后吴康为共同第一作者,丁汉教授、吴志刚教授为共同通讯作者,其他作者有邓攀、Seung Hee Jeong


该软体机器人结构简单,能够在水面上以5.5个身长每秒的高速灵活运动,这一数值接近常见的鱼类(例如金鱼,6.36),是现阶段同类无线软体机器鱼的7倍多。

入水后,软体机器人快速向前运动,聚集在中心位置

软体机器人因自身的可变形性在许多场景下具备传统刚性机器人不可比拟的优势,例如医疗复健、养老、灾难救援等等。然而,软体机器人也因自身结构材料较软,和硬质高密度能量源不兼容,极大的限制了软体机器人的应用潜力。

在自然界中,动植物们经过亿万年的进化,自身发展出的结构和功能与环境相适应。一种习居于水溏、小溪边的昆虫就具备一种十分有趣的运动方法。当他们不小心跌落在水面上时,可以通过在尾部释放一种化学物质,在水面产生出表面能梯度,利用该表面能梯度获得前进的动能,完成重新着陆。这样一种急救方法,被称为“马兰戈尼推进(Marangoni Propulsion)”。

本文首次将马兰戈尼推进的原理应用于软体机器人驱动,展示了一种能够灵活运动在液体界面上的无线全软体机器人。该软体机器人由全软材料构成,不含任何机械传动部件,因此噪音水平较低,而且驱动过程无明显热效应,不存在热疲劳和机械磨损的问题。另外由于驱动力来源于液体环境的能量梯度,该软体机器人只需携带一定的驱动材料即可,不存在能量源和机器人本体软材料之间的集成问题。设计者可以将重心放在如何实现应用场景所需的功能,无需考虑驱动的问题,以充分发挥软体机器人的潜力。在文章中,研究者就展示了该软体机器人的“精确命中目标”和“隐蔽”能力。

精确命中实验,软体机器人精确触碰开关

隐蔽性实验,软体机器中可在水中“隐身”


该工作受到中国国家自然科学基金(No. U1613204No. 91648000的支持。

论文链接https://doi.org/10.1093/nsr/nwz083