您现在的位置:首页 >> 农业机械厂家

浙大软体机器鱼外形酷似蝠鲼速度达到世界同类软体机器人最快

2021-11-24 来源:宜兴市农业机械网

2017-04-12 16:36:09来源: 贤集网

2017年4月5日,浙江大学实验室里的一条“鱼”出现在著名大众科学杂志《新科学家》上:全身柔软无骨,能以每秒6厘米的速度不动声色地畅游3小时,速度达到世界同类软体机器人最快。当天,浙大航空航天学院李铁风、黄志龙课题组的论文Fast-moving soft electronic fish在Science Advances杂志上线。“鱼”,正是他们“养”的。

档案|浙大软体机器鱼

身长:9.3厘米

体重:90克

带电源最大游速:6厘米/秒,按距离身长比相当于小鱼“清道夫”的游速

无负载最大游速:13.5厘米/秒,按距离身长比相当于菲尔普斯的游速

适应温度:0-74摄氏度

适应水深度:0-200米(更深的水域还未进行相关实验)

平板身材“肌肉”发达

机器鱼外形酷似蝠鲼(fúfèn,鳐鱼的一种,人称“魔鬼鱼”),比一枚鸡蛋略重。文章作者之一,博士生李国瑞将它投到鱼缸中,它就如真鱼附体,扑扇着“两翼”划水前进。可是翻遍全身,记者也没在它身上找到螺旋桨或电机之类的部件,就一块扁平的硅胶。这让它怎么动?

“它有肌肉,电子肌肉。”通讯作者李铁风指着它柔软的“肚皮”说,这是机器鱼的核心部件。这一层薄薄的“电子肌肉”,实际上由三层材料组成:上下两层是透明的介电高弹体薄膜,中间是导电用的碳膏或水凝胶;三层材料紧密地粘合在一起,就像北京著名小吃“茯苓饼”。如果给它两极通上交流电,它已经可以像心脏一样地“跳”动了!

介电高弹体薄膜在电刺激下伸缩

介电高弹体可以在电场作用下产生变形。2000年,Ron Pelrine等科学家发现一类高分子聚合物薄膜具有介电高弹的特性。“事实上很多高分子聚合物薄膜都有这种特性,比如一个气球,我们将它进行适当改性后,它能在电压的刺激下膨胀16倍。”李铁风说,团队将这一特性结合力学原理,对这种薄膜改性处理后,就成为“电子肌肉”的功能材料。

电子肌肉一张一弛,就带动两翼扑扇起来!它能在红外信号的操控下实现左拐,右拐,前进!

据介绍,这是国际上已知报道中游得最快的软体机器鱼。“电子肌肉在电刺激的作用下可以快速地响应,所以我们的这个扑动频率可以比较高,游动的速度比较快。”李铁风说,“此外,‘鱼’在水中,包裹它身体的水就是产生电压的负极,这也是我们设计中的一个创新。”

为什么要仿生蝠鲼?

浩渺的深海中,蝠鲼是一种非常优雅的鱼类,微微扇动胸鳍,再向前滑行一段,仿佛在蓝色的大海中飞翔。科学家为什么要将蝠鲼作为仿生对象呢?

李铁风说,蝠鲼游泳时非常省力,这一点让科学家深受启发,对机器鱼来说这就意味着省电。电子鱼靠体内封装的450mAh(毫安时,相当于手机容量的十分之一)的锂电池供电,续航能力可以达到3小时。此外,因为没有任何电机等结构,机器鱼游动时产生的噪声几乎为零,名副其实地做一枚“安安静静的美男子”。

值得一提的是,浙大造机器鱼浑身的材料都是工业级的材料,在国内有巨大的产量和化工工业基础,造价低廉,并且对环境友好。这也是课题组努力的目标,除了省电、还要省钱、环保,适合工业级的生产制造。“我们希望将来制作机器鱼能像制造我们的橡胶鞋底一样简单,在模具中一冲便能成型。”李铁风说。

以柔“胜”钢

《新科学家》的科学记者读完论文,兴奋地发来采访提纲,脑洞大开地列举了十多项他能想到的应用场景,请李铁风勾选。“我们认为,软体机器鱼可用于水下探测、侦查以及海洋环境与生物信息监测。软体化可以大大提高机器鱼的环境适应效果,保证它可以更容易、安全地通过狭窄区域。全软体、高机动、长航时的机器鱼结构,也可为流体力学研究和水下智能器件设计提供良好的搭载平台。”

在李铁风的想象里,今后在大型水族馆中让真假蝠鲼同池游泳,会是一件很美妙的事。此外,研究的核心模块“电子肌肉”,还能发展现有的可穿戴式医疗康复设备,或许会比硬质机械式产品更为舒适与安全。

软体机器人是目前科学界一个新兴的研究领域,虽然时间不长,但它们已经有了自己的代言人——《超能陆战队》中的大白。相比于传统的硬质机器人,软体机器人能够任意改变自身形状、抵抗外界冲击,从而具有更好的环境适应性。目前,世界上已形成几类软体机器人研发:例如气动式软体机器人,可以实现抓握或爬行;还有形状记忆的材料制成的机器人,通过温度或者光照变化产生驱动力,此外,科学家还在进行肌肉细胞作为软体机器人材料的研发。这些方向中的一部分已走向产业应用。

小黑镜唇釉

小金筷眉笔

美尚