近日，我校岳曉奎教授團隊在具有抗沖擊特性的靜電驅動器方面取得了重要研究成果。該成果以“2-dimensional impact-damping electrostatic actuators with elastomer-enhanced auxetic structure”為題，發表在Nature Communications（《自然·通訊》）雜志上。
為了讓仿生機構模擬出自然界生物的行為多樣性，需要設計智能化的柔性驅動器，使之能夠高效工作并與動態環境安全交互。人體肌肉作為此類驅動器的生物學典范，不僅表現出卓越的驅動性能，還具有優異的結構特性，例如抗沖擊、變剛度和結構穩定性。長期以來，靜電驅動器在模擬生物肌肉特性時，往往只追求更高驅動性能，忽視了生物肌肉的良好結構特性，導致這類驅動器難以衰減振動且易受沖擊損傷，不能很好適用于非結構化和不可預測的環境，這凸顯了研究抗沖擊靜電驅動器的必要性。
近日，岳曉奎教授團隊的汪雪川副研究員、朱明珠副教授和博士研究生王勇越等研究人員，創造性地提出一類可用日常材料快速制造的拉脹靜電驅動器（AELA），提高了驅動器對沖擊和干擾的恢復能力。該類驅動器具有如下優良特性：一是盡管AELA采用的拉脹結構本身是柔性的且容易發生結構失效，但通過彈性拉伸網絡的約束，便可以承受重載并在操作中均勻變形。二是該類驅動器可以通過其中梁單元的屈曲和拉合實現可逆大變形，產生大驅動力和沖程。三是AELA可以通過其彈性體增強的拉脹結構快速吸收和耗散沖擊能量。四是它具有二維驅動的特性，這為多個驅動器協作提供了更大的自由度。
論文中AELA的實驗樣本由PVC、硅油等日常材料制成，在施加電壓時產生線性收縮，單個驅動器的收縮力達15 N，收縮率達59％，可以在 0.3 秒內快速衰減撞擊引起的振動并吸收沖擊能量。受到沖擊時，該致動器可迅速抑制振動，其性能優于商用減震器及其他靜電驅動器。此外，AELA 易于大規模制作而不損害其結構完整性，其制造材料多樣且成本低廉。通過使用更高介電常數和擊穿強度的涂層電極和電介質，可以進一步減輕重量、提高性能。利用其二維工作模式和自鎖機制，文章設計了變剛度的柔順機械臂和主動可控的張拉整體結構，體現了該類驅動器在仿生機器人等領域的巨大應用前景。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51787-8
（文字：航天學院；審核：秦飛）
