由(you)新(xin)型軟(ruan)性資料構建的人造肌肉非常柔嫩，具有(you)高功率密度、長壽命等上風，其智能(neng)性體現為正在外界（電場）刺(ci)激作用下可(ke)變形，可(ke)以正在蜿蜒管(guan)道中被動順應(ying)管(guan)道曲(qu)率。

　　航空發動機有很多(duo)龐大(da)蜿蜒的(de)(de)管(guan)道(dao)(dao)(dao)，活期巡檢(jian)(jian)這一(yi)些管(guan)道(dao)(dao)(dao)，依(yi)附的(de)(de)是管(guan)道(dao)(dao)(dao)機器(qi)人。以剛性(xing)資料(liao)制成的(de)(de)機器(qi)人“塊頭大(da)”，沒法進(jin)入微細(xi)管(guan)道(dao)(dao)(dao)，但一(yi)種靠智(zhi)能資料(liao)驅動的(de)(de)軟(ruan)體機器(qi)人，有望填(tian)補(bu)微細(xi)管(guan)道(dao)(dao)(dao)巡檢(jian)(jian)探測設(she)備(bei)的(de)(de)充足。

　　近期，清華大學機(ji)(ji)器(qi)工程(cheng)系當(dang)代(dai)機(ji)(ji)構學取機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)化設備實驗(yan)室(shi)的科研(yan)團隊研(yan)發了一種以(yi)新型軟性(xing)資料介電(dian)彈性(xing)體致動(dong)器(qi)和基于智能(neng)復合微結(jie)構的錨(mao)定單位(wei)作為人(ren)(ren)造肌(ji)肉和傳(chuan)動(dong)裝置，構建的蚯蚓仿生管道機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)。相(xiang)干研(yan)討(tao)論(lun)文發表(biao)于國際期刊《科學·機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)》。

　　蚯(qiu)蚓(yin)經由過程肌(ji)肉(rou)和剛毛的共同使(shi)(shi)身體蠕(ru)動，正在(zai)局促(cu)的環境(jing)中來去自如。由新型軟(ruan)性質料構建的人造(zao)肌(ji)肉(rou)具(ju)有可控收(shou)縮(suo)和舒張變形特征，智能復合微結(jie)構的作用則(ze)類似(si)于蚯(qiu)蚓(yin)腹(fu)部的剛毛，使(shi)(shi)機械(xie)人正在(zai)微細(xi)和蜿(wan)蜒的龐雜管(guan)道內高速(su)“蠕(ru)動”。

　　人造肌肉(rou)正在外界刺激下(xia)可變形

　　現在已研發的管道(dao)機器人有輪式、腿足式、履帶式等(deng)，其機電、齒輪、傳動桿(gan)件等(deng)首(shou)要構件利(li)用的是(shi)剛性資料(liao)，適用于大口徑(jing)管道(dao)巡檢。當觸及(ji)直(zhi)徑(jing)小于1厘(li)米(mi)的微細管道(dao)時，其尺寸(cun)不能按比例縮小。

　　而該團(tuan)隊研(yan)發的蚯蚓仿生(sheng)管(guan)道(dao)機器(qi)人(ren)僅比普遍的蚯蚓體型稍粗，機器(qi)人(ren)重(zhong)量只有2.2克、長4.7厘米、直徑不到(dao)1厘米。取蚯蚓由若干(gan)小體節構成稍有差別(bie)(bie)的是，該管(guan)道(dao)機器(qi)人(ren)由3部份(fen)拼裝而成，分別(bie)(bie)為延長單(dan)位(wei)、錨(mao)定單(dan)位(wei)和磁單(dan)位(wei)。

　　論文通訊作者(zhe)、清華大學機器工程系副教授趙慧嬋告知科技日報記者(zhe)，實(shi)現管道(dao)機器人尺寸(cun)小型化的關鍵在(zai)于(yu)智能(neng)質料的選取(qu)和制(zhi)備。

　　該機器人(ren)的(de)延(yan)長單位是一種柔(rou)嫩的(de)人(ren)造肌肉。針對剛性(xing)(xing)質料沒法縮小等(deng)題目，該團隊創(chuang)造性(xing)(xing)地將彈性(xing)(xing)體軟質料和柔(rou)性(xing)(xing)電極質料層層瓜代堆疊卷繞，制備(bei)成機器人(ren)的(de)人(ren)造肌肉。

　　趙慧嬋引見，接納這類體例(li)制(zhi)備的(de)人造肌肉非常(chang)柔嫩，具有高功(gong)率密度、長壽命等上風，其智(zhi)能性體現為正在(zai)(zai)(zai)外(wai)界（電場）刺激(ji)作用下可(ke)變(bian)形，可(ke)以正在(zai)(zai)(zai)蜿蜒管(guan)道(dao)中(zhong)被動順應管(guan)道(dao)曲(qu)率。另外(wai)，行使人造肌肉獨有的(de)可(ke)控收(shou)縮(suo)和舒張變(bian)形特(te)征，機器人可(ke)正在(zai)(zai)(zai)管(guan)道(dao)中(zhong)快速“蠕動”。

　　防止軟性(xing)質料(liao)黏性(xing)危(wei)害活動速度(du)

　　“蚯蚓的蠕動行(xing)動為了研討團隊很大的啟示(shi)。”論(lun)文(wen)第一(yi)作者、清華大學機器工程系博士后湯(tang)超示(shi)意(yi)，為使管道機器人(ren)真正動起來，除上文(wen)所述由人(ren)造肌肉組成的延長(chang)單位(wei)，另一(yi)個(ge)環節要素是機器人(ren)的錨定(ding)單位(wei)。

　　為(wei)了制作(zuo)錨定單(dan)位(wei)，團(tuan)隊(dui)經(jing)由一番討論(lun)研(yan)究，決(jue)議(yi)采取一種(zhong)專門建造渺小資料的加工(gong)手藝——智能(neng)復(fu)合資料微結構(gou)手藝。“基于該手藝，研(yan)制人員經(jing)過激光(guang)切(qie)割和熱壓(ya)成形(xing)工(gong)藝，設計制作(zuo)了一種(zhong)特(te)別的剛性組件，它(ta)密密層(ceng)層(ceng)地附著于延(yan)長單(dan)位(wei)底部，可(ke)以使(shi)機器人高效挪動。”湯(tang)超(chao)說。

　　經由(you)過程人造肌肉和剛性組(zu)件，使(shi)管(guan)道(dao)(dao)機械人像蚯蚓一(yi)樣(yang)“蠕動”的(de)物質(zhi)基礎(chu)曾(ceng)經具有。然則，管(guan)道(dao)(dao)機械人的(de)使(shi)用場景決(jue)意了其需要在多(duo)介質(zhi)、多(duo)材質(zhi)、變管(guan)徑的(de)龐雜管(guan)道(dao)(dao)內(nei)，依照必然的(de)速度開展探測。那(nei)末(mo)，該機械人的(de)挪動速度會受到資(zi)料哪些(xie)方(fang)面因素的(de)危害呢？

　　趙慧嬋(chan)(chan)引見，屢次(ci)實驗注解，正(zheng)在高(gao)頻的(de)(de)(de)驅動(dong)下，軟(ruan)性(xing)質料的(de)(de)(de)黏性(xing)會攔阻本身的(de)(de)(de)變形幅度，而且(qie)使得變形取(qu)驅動(dong)旌旗(qi)燈號之間構成一個很小(xiao)的(de)(de)(de)時間差；而共(gong)振(zhen)的(de)(de)(de)特征能夠放大變形的(de)(de)(de)幅度。“我們(men)經過調制驅動(dong)旌旗(qi)燈號的(de)(de)(de)頻次(ci)和相(xiang)位(wei)，來(lai)婚配和順應質料的(de)(de)(de)黏性(xing)、慣(guan)量、彈性(xing)等特征，進而幸免黏性(xing)帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)晦氣危害(hai)，闡(chan)揚共(gong)振(zhen)帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)增(zeng)益效應。”趙慧嬋(chan)(chan)說。

　　研(yan)究人員對機(ji)(ji)械人的靜態特(te)征做了(le)(le)建(jian)模和剖析(xi)，對軟(ruan)性質(zhi)料(liao)驅動(dong)的一些特(te)征比(bi)方黏性、共振特(te)征等(deng)，進行(xing)了(le)(le)調控(kong)和行(xing)使，終(zhong)極實現了(le)(le)機(ji)(ji)械人在亞厘米(mi)巨細管(guan)道中各標的目的的快速(su)活動(dong)。實驗發覺，機(ji)(ji)械人以(yi)約100赫茲的頻次(ci)“蠕動(dong)”時的活動(dong)速(su)度能夠保障(zhang)探(tan)測(ce)服(fu)從。

　　據悉，由新型(xing)軟性資(zi)料(liao)構建而成的(de)(de)人(ren)工肌肉和(he)智能(neng)復合微(wei)布(bu)局，除適(shi)(shi)用(yong)于制作(zuo)微(wei)型(xing)管道檢驗機(ji)器人(ren)以外，還(huan)能(neng)夠遍及(ji)應適(shi)(shi)用(yong)于各種渺小型(xing)機(ji)器人(ren)的(de)(de)驅動和(he)傳動，比方微(wei)型(xing)飛行器、微(wei)型(xing)空中(zhong)移(yi)動機(ji)器人(ren)等。趙慧嬋示意，這(zhe)款管道機(ji)器人(ren)今朝正在實現(xian)產(chan)業化(hua)層面(mian)面(mian)對的(de)(de)挑釁，包羅制備工藝的(de)(de)規(gui)模化(hua)和(he)穩固性問題、智能(neng)資(zi)料(liao)取布(bu)局自己的(de)(de)服役壽命等。

　　趙慧嬋透露(lu)表現，這(zhe)款管(guan)道機器(qi)人，未來有(you)望正(zheng)在航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機管(guan)路檢驗(yan)等行(xing)業發(fa)(fa)揮(hui)作用。“當前的飛機發(fa)(fa)動(dong)(dong)機查抄辦(ban)法很(hen)是(shi)耗時，依(yi)賴(lai)于高技能的工程師(shi)。研討團隊想要(yao)這(zhe)類(lei)依(yi)賴(lai)智(zhi)能資(zi)料驅(qu)動(dong)(dong)的‘以柔代剛’的機器(qi)人，能正(zheng)在飛機發(fa)(fa)動(dong)(dong)機管(guan)道中進行(xing)檢驗(yan)，與此同時將(jiang)沿途的一切圖象發(fa)(fa)還，以節約(yue)工程師(shi)的時候和精神。”她說(shuo)。