由新型軟(ruan)性資(zi)料構(gou)建的人造肌肉非常柔嫩，具(ju)有(you)高功率密度(du)、長壽(shou)命等上風，其智能性體(ti)現為正(zheng)在外界（電(dian)場）刺激作用下可(ke)變形，可(ke)以正(zheng)在蜿蜒管道中被動順應管道曲率。

　　航空(kong)發動(dong)機有(you)很多龐(pang)大(da)蜿(wan)蜒的(de)管(guan)道，活期巡檢(jian)這一些管(guan)道，依附的(de)是管(guan)道機器人。以剛性資(zi)料(liao)(liao)制成的(de)機器人“塊頭大(da)”，沒法進入微細(xi)管(guan)道，但一種(zhong)靠智能資(zi)料(liao)(liao)驅動(dong)的(de)軟(ruan)體機器人，有(you)望填補(bu)微細(xi)管(guan)道巡檢(jian)探測設備的(de)充足(zu)。

　　近期(qi)(qi)，清(qing)華大學機器(qi)工(gong)程(cheng)系當代機構學取(qu)機器(qi)人化設備實驗室的(de)科(ke)(ke)研團(tuan)隊研發了一種(zhong)以新型軟性資料介(jie)電彈性體致動器(qi)和基于智能復(fu)合微(wei)結構的(de)錨定(ding)單(dan)位作為人造肌肉(rou)和傳動裝置，構建的(de)蚯蚓仿生管道機器(qi)人。相干研討論(lun)文發表于國際期(qi)(qi)刊(kan)《科(ke)(ke)學·機器(qi)人》。

　　蚯(qiu)蚓(yin)(yin)經由(you)過程肌肉和(he)(he)(he)剛(gang)毛的共同使身體蠕(ru)動，正(zheng)在(zai)局促的環境(jing)中來(lai)去自如。由(you)新型軟性質(zhi)料構(gou)建的人造肌肉具有(you)可(ke)控收(shou)縮和(he)(he)(he)舒張變(bian)形特征，智能復合微結構(gou)的作用(yong)則類似于(yu)蚯(qiu)蚓(yin)(yin)腹部的剛(gang)毛，使機械人正(zheng)在(zai)微細和(he)(he)(he)蜿蜒的龐雜(za)管道(dao)內高速(su)“蠕(ru)動”。

　　人造肌肉正在外界刺(ci)激下可變形

　　現在已研發的管道機器人有輪式(shi)(shi)、腿足式(shi)(shi)、履帶(dai)式(shi)(shi)等，其機電(dian)、齒輪、傳動桿件等首要構(gou)件利(li)用的是剛(gang)性資料，適用于(yu)大(da)口徑管道巡檢。當觸(chu)及(ji)直徑小于(yu)1厘米的微細管道時，其尺寸不能按比例縮小。

　　而(er)該團隊(dui)研發的(de)蚯蚓(yin)仿生管(guan)道機(ji)器人(ren)(ren)僅(jin)比普遍(bian)的(de)蚯蚓(yin)體型稍(shao)粗，機(ji)器人(ren)(ren)重量只(zhi)有2.2克、長(chang)4.7厘米、直徑不到1厘米。取蚯蚓(yin)由若干小體節構成(cheng)稍(shao)有差(cha)別的(de)是，該管(guan)道機(ji)器人(ren)(ren)由3部份(fen)拼裝而(er)成(cheng)，分別為延長(chang)單位、錨定單位和磁單位。

　　論(lun)文(wen)通訊作者、清華大學機(ji)器(qi)工程系副教授趙慧嬋告知科技日報記者，實現管道機(ji)器(qi)人尺寸小型化的(de)關鍵在于智(zhi)能質料的(de)選(xuan)取(qu)和(he)制備。

　　該(gai)機器人的延長單位是(shi)一(yi)種柔嫩(nen)的人造(zao)(zao)肌肉(rou)。針對剛性質料(liao)沒法縮小(xiao)等題目，該(gai)團隊創造(zao)(zao)性地將彈性體(ti)軟(ruan)質料(liao)和柔性電極質料(liao)層層瓜代堆疊卷繞，制(zhi)備(bei)成機器人的人造(zao)(zao)肌肉(rou)。

　　趙慧嬋引見(jian)，接納這類(lei)體(ti)例制備的人造肌(ji)(ji)肉非常柔嫩，具有高功率密度、長壽命等(deng)上風，其智(zhi)能性體(ti)現(xian)為正在(zai)外界（電場(chang)）刺激作用下可(ke)變形，可(ke)以正在(zai)蜿蜒管(guan)道中被動順(shun)應(ying)管(guan)道曲率。另外，行使人造肌(ji)(ji)肉獨(du)有的可(ke)控收縮和舒張(zhang)變形特征，機器人可(ke)正在(zai)管(guan)道中快速“蠕(ru)動”。

　　防止軟性(xing)質料黏性(xing)危(wei)害活動(dong)速度

　　“蚯蚓的(de)(de)(de)蠕動行動為了研討團隊很大的(de)(de)(de)啟(qi)示。”論文第一作(zuo)者、清(qing)華大學(xue)機(ji)器工程系(xi)博士后湯超(chao)示意，為使管(guan)道機(ji)器人(ren)(ren)真正動起來，除上文所述由人(ren)(ren)造肌肉組成的(de)(de)(de)延長(chang)單位，另一個環節(jie)要素是機(ji)器人(ren)(ren)的(de)(de)(de)錨定單位。

　　為了制作(zuo)錨定單(dan)位(wei)，團隊(dui)經由(you)一番討論研究，決議采取一種(zhong)專門(men)建(jian)造渺小資料的加工手藝(yi)——智能復(fu)合資料微結(jie)構手藝(yi)。“基于(yu)(yu)該手藝(yi)，研制人(ren)員經過激光切割(ge)和熱(re)壓成(cheng)形工藝(yi)，設(she)計制作(zuo)了一種(zhong)特別的剛性組件，它密密層層地(di)附著于(yu)(yu)延(yan)長單(dan)位(wei)底部(bu)，可以使機器人(ren)高效挪動。”湯超說。

　　經由過程人(ren)造肌肉和(he)剛性組件，使(shi)管道(dao)(dao)機械(xie)(xie)人(ren)像蚯蚓一樣“蠕(ru)動”的物質(zhi)(zhi)基礎曾經具有。然(ran)(ran)則，管道(dao)(dao)機械(xie)(xie)人(ren)的使(shi)用場景決意了其需要在多(duo)介質(zhi)(zhi)、多(duo)材質(zhi)(zhi)、變(bian)管徑的龐雜管道(dao)(dao)內，依照必然(ran)(ran)的速(su)度開展探測。那(nei)末，該機械(xie)(xie)人(ren)的挪(nuo)動速(su)度會受(shou)到資料哪些方面因素的危害呢(ni)？

　　趙慧嬋引見，屢次(ci)實驗(yan)注解(jie)，正在高(gao)頻的(de)(de)驅(qu)動(dong)下，軟性質(zhi)料(liao)的(de)(de)黏性會攔阻本身的(de)(de)變形幅(fu)度，而且使得(de)變形取驅(qu)動(dong)旌(jing)旗(qi)燈(deng)號之間構(gou)成一個很小的(de)(de)時(shi)間差(cha)；而共振的(de)(de)特征能夠放大變形的(de)(de)幅(fu)度。“我們經(jing)過(guo)調制驅(qu)動(dong)旌(jing)旗(qi)燈(deng)號的(de)(de)頻次(ci)和相(xiang)位，來婚配和順(shun)應(ying)質(zhi)料(liao)的(de)(de)黏性、慣量、彈(dan)性等特征，進(jin)而幸免(mian)黏性帶來的(de)(de)晦氣危害，闡揚共振帶來的(de)(de)增益效應(ying)。”趙慧嬋說。

　　研究人(ren)員(yuan)對(dui)機(ji)械(xie)人(ren)的(de)靜態特(te)(te)征做了建模和剖析，對(dui)軟(ruan)性(xing)質料驅(qu)動(dong)的(de)一(yi)些特(te)(te)征比方黏性(xing)、共振特(te)(te)征等，進行了調控和行使，終極實現了機(ji)械(xie)人(ren)在亞(ya)厘(li)米巨細管道中各標的(de)目(mu)的(de)的(de)快速活動(dong)。實驗發覺，機(ji)械(xie)人(ren)以(yi)約(yue)100赫茲的(de)頻次“蠕動(dong)”時的(de)活動(dong)速度能夠保障探測服從。

　　據悉(xi)，由新(xin)型(xing)(xing)軟性資料(liao)構建而成的(de)人工(gong)肌肉和智能復合微布局(ju)，除適用于制作微型(xing)(xing)管(guan)道(dao)檢(jian)驗機(ji)(ji)器(qi)人以(yi)外，還能夠遍及應適用于各種渺小型(xing)(xing)機(ji)(ji)器(qi)人的(de)驅動(dong)和傳動(dong)，比方(fang)微型(xing)(xing)飛(fei)行(xing)器(qi)、微型(xing)(xing)空中(zhong)移動(dong)機(ji)(ji)器(qi)人等(deng)。趙慧嬋示意，這款(kuan)管(guan)道(dao)機(ji)(ji)器(qi)人今朝正在實現產業化層面(mian)面(mian)對的(de)挑釁，包羅制備工(gong)藝的(de)規模化和穩固(gu)性問題、智能資料(liao)取布局(ju)自己的(de)服役壽命等(deng)。

　　趙(zhao)慧嬋透露表現，這款(kuan)管道機(ji)器(qi)人，未來有望正在(zai)航(hang)空發(fa)動(dong)機(ji)管路檢驗等行(xing)業發(fa)揮作用(yong)。“當前(qian)的(de)飛機(ji)發(fa)動(dong)機(ji)查抄辦法很是耗時，依(yi)賴(lai)于高技能的(de)工程師。研討團隊想要這類依(yi)賴(lai)智能資料(liao)驅(qu)動(dong)的(de)‘以柔代剛(gang)’的(de)機(ji)器(qi)人，能正在(zai)飛機(ji)發(fa)動(dong)機(ji)管道中進行(xing)檢驗，與此同(tong)時將沿(yan)途的(de)一切圖象發(fa)還(huan)，以節約(yue)工程師的(de)時候和精神(shen)。”她說。