水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展

随着水下作业要求的增加以及软体机器人技术的发展,水下软体机器人的研究成为水下机器人的一个前沿方向。用人工肌肉实现驱动控制并能实现仿生运动的水下软体机器人成为相关领域的研究热点。本文介绍现有水下软体机器人中7类人工肌肉驱动方式,再根据水下软体机器人推进形式,按5种仿生运动形式介绍了现有的水下软体机器人,最后展望了水下软体机器人未来在水下勘探的应用前景。

“刚-柔”共融型仿生机器鱼

智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉应用到仿生机器人中,实现其结构柔软与大变形驱动.本文以蝠鲼为仿生原型,基于材料的电压驱动控制大变形机制,设计优化了一类介电高弹体薄膜面内驱动变形转化为扑动-波动混合型推进的驱动机构.将该机构用于胸鳍驱动的机器鱼系统,通过电子器件-刚性结构-柔性材料的融合集成,成功设计了一种材料与结构"刚-柔"共融型仿生机器鱼,并开展了相应的性能测试和功能集成."刚-柔"共融型仿生机器鱼通过分别独立控制两个胸鳍机构,可实现良好的机动性能;并利用高分子材料特性,可实现结构柔软与全透明化等优异的环境适应性能.该研究结果和机构设计原理将有望为"刚-柔"共融型机器人和仿生机器人的研究与应用提供参考.

自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟

海水覆盖了地球约71%的表面积,并孕育了独特的生物,而海底拥有多样的地质特征和丰富的矿产资源.一直以来,人类在不停追求对深海的探索.深海通常按照深度不同可划分为中层带(200~1000 m)、深层带(1000~4000 m)、深渊带(4000~6000 m)与超深渊带(6000 m以上).随着深度的增加,环境压力也以1 atm/10 m的速度增加.特别是在深渊带与超深渊带,这里水压高、完全黑暗、温度低,生物分布也极其稀少.

极端环境软体机器人应用与展望——从马里亚纳海沟初探到木卫二畅想

当“上九天揽月,下五洋捉鳖”的梦想逐步成为中国科学技术发展的现实足迹,深海、深空探索的新任务和设想也变得更具挑战,需要创新原理和技术的支撑。文章综述了极端环境作业装备以及软体机器人的发展概况,介绍了软硬融合结构机器人在马里亚纳海沟万米深海开展的深潜实验的系统原理与设计方法,并提出基于该原理的木卫二深海探索概念,为深海深空探测技术发展提供参考。