由新型軟性資料構(gòu)建的人造肌肉非常柔嫩，具有高功率密度、長壽命等上風(fēng)，其智能性體現(xiàn)為正在外界（電場）刺激作用下可變形，可以正在蜿蜒管道中被動順應(yīng)管道曲率。
航空發(fā)動機有很多龐大蜿蜒的管道，活期巡檢這一些管道，依附的是管道機器人。以剛性資料制成的機器人“塊頭大”，沒法進(jìn)入微細(xì)管道，但一種靠智能資料驅(qū)動的軟體機器人，有望填補微細(xì)管道巡檢探測設(shè)備的充足。
近期，清華大學(xué)機器工程系當(dāng)代機構(gòu)學(xué)取機器人化設(shè)備實驗室的科研團隊研發(fā)了一種以新型軟性資料介電彈性體致動器和基于智能復(fù)合微結(jié)構(gòu)的錨定單位作為人造肌肉和傳動裝置，構(gòu)建的蚯蚓仿生管道機器人。相干研討論文發(fā)表于國際期刊《科學(xué)·機器人》。
蚯蚓經(jīng)由過程肌肉和剛毛的共同使身體蠕動，正在局促的環(huán)境中來去自如。由新型軟性質(zhì)料構(gòu)建的人造肌肉具有可控收縮和舒張變形特征，智能復(fù)合微結(jié)構(gòu)的作用則類似于蚯蚓腹部的剛毛，使機械人正在微細(xì)和蜿蜒的龐雜管道內(nèi)高速“蠕動”。
人造肌肉正在外界刺激下可變形
現(xiàn)在已研發(fā)的管道機器人有輪式、腿足式、履帶式等，其機電、齒輪、傳動桿件等首要構(gòu)件利用的是剛性資料，適用于大口徑管道巡檢。當(dāng)觸及直徑小于1厘米的微細(xì)管道時，其尺寸不能按比例縮小。
而該團隊研發(fā)的蚯蚓仿生管道機器人僅比普遍的蚯蚓體型稍粗，機器人重量只有2.2克、長4.7厘米、直徑不到1厘米。取蚯蚓由若干小體節(jié)構(gòu)成稍有差別的是，該管道機器人由3部份拼裝而成，分別為延長單位、錨定單位和磁單位。
論文通訊作者、清華大學(xué)機器工程系副教授趙慧嬋告知科技日報記者，實現(xiàn)管道機器人尺寸小型化的關(guān)鍵在于智能質(zhì)料的選取和制備。
該機器人的延長單位是一種柔嫩的人造肌肉。針對剛性質(zhì)料沒法縮小等題目，該團隊創(chuàng)造性地將彈性體軟質(zhì)料和柔性電極質(zhì)料層層瓜代堆疊卷繞，制備成機器人的人造肌肉。
趙慧嬋引見，接納這類體例制備的人造肌肉非常柔嫩，具有高功率密度、長壽命等上風(fēng)，其智能性體現(xiàn)為正在外界（電場）刺激作用下可變形，可以正在蜿蜒管道中被動順應(yīng)管道曲率。另外，行使人造肌肉獨有的可控收縮和舒張變形特征，機器人可正在管道中快速“蠕動”。
防止軟性質(zhì)料黏性危害活動速度
“蚯蚓的蠕動行動為了研討團隊很大的啟示?！闭撐牡谝蛔髡摺⑶迦A大學(xué)機器工程系博士后湯超示意，為使管道機器人真正動起來，除上文所述由人造肌肉組成的延長單位，另一個環(huán)節(jié)要素是機器人的錨定單位。
為了制作錨定單位，團隊經(jīng)由一番討論研究，決議采取一種專門建造渺小資料的加工手藝——智能復(fù)合資料微結(jié)構(gòu)手藝?！盎谠撌炙嚕兄迫藛T經(jīng)過激光切割和熱壓成形工藝，設(shè)計制作了一種特別的剛性組件，它密密層層地附著于延長單位底部，可以使機器人高效挪動?！睖f。
經(jīng)由過程人造肌肉和剛性組件，使管道機械人像蚯蚓一樣“蠕動”的物質(zhì)基礎(chǔ)曾經(jīng)具有。然則，管道機械人的使用場景決意了其需要在多介質(zhì)、多材質(zhì)、變管徑的龐雜管道內(nèi)，依照必然的速度開展探測。那末，該機械人的挪動速度會受到資料哪些方面因素的危害呢？
趙慧嬋引見，屢次實驗注解，正在高頻的驅(qū)動下，軟性質(zhì)料的黏性會攔阻本身的變形幅度，而且使得變形取驅(qū)動旌旗燈號之間構(gòu)成一個很小的時間差；而共振的特征能夠放大變形的幅度?！拔覀兘?jīng)過調(diào)制驅(qū)動旌旗燈號的頻次和相位，來婚配和順應(yīng)質(zhì)料的黏性、慣量、彈性等特征，進(jìn)而幸免黏性帶來的晦氣危害，闡揚共振帶來的增益效應(yīng)?！壁w慧嬋說。
研究人員對機械人的靜態(tài)特征做了建模和剖析，對軟性質(zhì)料驅(qū)動的一些特征比方黏性、共振特征等，進(jìn)行了調(diào)控和行使，終極實現(xiàn)了機械人在亞厘米巨細(xì)管道中各標(biāo)的目的的快速活動。實驗發(fā)覺，機械人以約100赫茲的頻次“蠕動”時的活動速度能夠保障探測服從。
據(jù)悉，由新型軟性資料構(gòu)建而成的人工肌肉和智能復(fù)合微布局，除適用于制作微型管道檢驗機器人以外，還能夠遍及應(yīng)適用于各種渺小型機器人的驅(qū)動和傳動，比方微型飛行器、微型空中移動機器人等。趙慧嬋示意，這款管道機器人今朝正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化層面面對的挑釁，包羅制備工藝的規(guī)?；头€(wěn)固性問題、智能資料取布局自己的服役壽命等。
趙慧嬋透露表現(xiàn)，這款管道機器人，未來有望正在航空發(fā)動機管路檢驗等行業(yè)發(fā)揮作用?！爱?dāng)前的飛機發(fā)動機查抄辦法很是耗時，依賴于高技能的工程師。研討團隊想要這類依賴智能資料驅(qū)動的‘以柔代剛’的機器人，能正在飛機發(fā)動機管道中進(jìn)行檢驗，與此同時將沿途的一切圖象發(fā)還，以節(jié)約工程師的時候和精神?！彼f。