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CJPS| 北航杨继萍/王志坚教授课题组研究论文:基于液态金属-液晶弹性体复合材料的爬行-翻滚软体机器人

已有 712 次阅读 2025-3-29 13:34 |系统分类:论文交流

文章背景

      软机器人具有结构简单、高自由度、连续变形、环境适应性等诸多优点,在人机交互、野外勘探、微创外科手术等特殊领域上有着重要的研究价值。而液晶弹性体作为一种重要的智能软材料,由于其大而可逆的驱动应变和可编程的驱动模式,常被用于软驱动器和软体机器人的开发。

文章概述

基于上述背景,北京航空航天大学材料科学与工程学院杨继萍/王志坚教授课题组使用液态金属-液晶弹性体复合材料通过直接墨水3D打印法制备得到了一种软驱动器,并构建了具有翻滚和爬行两种运动模式的软体机器人。

液晶弹性体墨水由液晶单体(RM257)和二硫醇(EDDET)合成,而液态金属墨水由镓铟合金(EGaIn)和海藻酸钠水溶液制备而成,再通过逐层打印制备得到软驱动器(图1)。并探究了不同打印参数对复合材料性能的影响,以确定最合适的打印参数(图2)。

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图1 液态金属-液晶弹性体驱动器的制备

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图2 不同打印参数对液晶弹性体驱动应变的影响

      在施加恒定电压时,液态金属层产生焦耳热使驱动器温度升高,从而导致可逆的弯曲形变。进一步探究了不同输入电压下驱动器的驱动性能,通过改变输入电压,可以调节驱动器的弯曲角度(图3)和驱动速度等(图4)。 

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图3 输入电压对驱动器弯曲角度的影响 

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图4 输入电压对驱动器弯曲角度的影响

     基于此液态金属-液晶弹性体驱动器,设计并构建了一种具有爬行和翻滚两种运动模式的软体机器人,通过简单调节输入电压的大小,就可以改变其运动模式。并分别研究了软机器人在爬行(图5)和翻滚(图6)两种模式中的运动过程。

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图5 软体机器人的爬行过程 

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图6 软体机器人的翻滚过程

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文为“Smart Elastomers and Actuators”专题特约稿件,该工作即将以研究论文形式在Chinese Journal of Polymer Science印刷出版袁凌昕硕士研究生是该论文的第一作者,杨继萍教授王志坚教授为共同通讯作者。

原文信息:

Soft crawling and flipping robots based on liquid metal-liquid crystal elastomer composites

Yuan, L. X.; Liu, C. Y.; Yang, J. P.; Wang, Z. J.

Chinese J. Polym. Sci., 202543, 588-596.

DOI: 10.1007/s10118-025-3276-z   



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