中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 張軍詩 記者 馮麗）記者日前從西北工業(yè)大學(xué)獲悉，該校空天結(jié)構(gòu)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張衛(wèi)紅院士團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士、香港理工大學(xué)王鉆開教授合作，在軟體機(jī)器人領(lǐng)域取得新進(jìn)展，成功開發(fā)出一種基于新型電活性聚合物的多功能機(jī)器人，有望滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)和極寒環(huán)境下的應(yīng)用需求。該研究成果近日在《Advanced Science》在線發(fā)表。

據(jù)悉，電活性聚合物是一類可在電場作用下產(chǎn)生大幅度形變的智能材料，廣泛應(yīng)用于人工肌肉、軟體機(jī)器人等前沿領(lǐng)域。傳統(tǒng)電活性聚合物往往僅具備電致變形功能，難以滿足環(huán)境適應(yīng)性及系統(tǒng)集成需求。開發(fā)具備多模式響應(yīng)行為的智能材料并實(shí)現(xiàn)功能集成，是當(dāng)前軟體機(jī)器人研究中一個(gè)亟需解決的問題。

在本研究中，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具備低電壓驅(qū)動(dòng)、高電吸附力和可控自加熱的新型聚氯乙烯基電活性聚合物。通過在聚氯乙烯凝膠中引入乙酸乙烯酯，有效抑制了因塑化劑遷移引起的發(fā)熱與電擊穿問題，同時(shí)顯著提升了材料的介電性能與力學(xué)性能。與現(xiàn)有材料相比，新型材料的發(fā)熱量降低超過50%，使用壽命延長15倍以上，輸出力提升1.75倍，電吸附力提升2.15倍，在2V/μm的低電場下即可實(shí)現(xiàn)30kPa的強(qiáng)吸附力，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)靜電吸附結(jié)構(gòu)。此外，研究還提出多種電壓控制策略，可實(shí)現(xiàn)材料的按需自加熱或進(jìn)一步發(fā)熱抑制。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具備快速爬行、低溫環(huán)境自加熱、模塊化組裝與協(xié)同作業(yè)能力的微型軟體機(jī)器人。機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)靈敏，在僅72.5V的低電壓下即可驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，顯著低于現(xiàn)有同類系統(tǒng)。通過集成的電吸附結(jié)構(gòu)，機(jī)器人集群可在毫米尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速連接與脫粘，在狹小空間內(nèi)完成自主重構(gòu)，具備優(yōu)異的群體協(xié)作能力。

在極寒環(huán)境測試中，機(jī)器人可在-50℃環(huán)境下完成自主加熱以及巡檢和冰層融化等任務(wù)。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片檢測、狹縫探測和寒區(qū)作業(yè)等應(yīng)用場景中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。相關(guān)成果為極端環(huán)境下小型智能機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)提供了新思路，也展示了該類材料在電子器件、仿生系統(tǒng)和智能制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。