Advanced Functional Materials:机械能驱动仿生摩擦电动软机器人,运动速度高达14.9mm/s

近年来,软机器人因其具有变形大、敏捷性高、灵活性好、环境适应性强等独特优势而受到广泛关注。到目前为止,对于软机器人系统的开发,各种潜在的应用已经被解决到运动、操纵和人机交互。受一系列生物系统的启发,模仿鱼、章鱼、蛇、毛虫和蠕虫的敏捷动作非常受欢迎。目前软体机器人主要基于两种形式提供动力:压力驱动的软致动器刺激响应的软致动器。与其他刺激响应的软致动器相比,电响应的软致动器更容易被电信号直接和精确地控制。然而可拉伸的便携式电源,始终是软机器人的一大挑战。
鉴于此,中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队等人在摩擦纳米发电机的研究基础上开发了一种实用新技术——摩擦电动软机器人(TESR)系统,其主要特点是以机械能为动力源,以TESR为核心,生物感应架构由柔软的可变形物体和两个摩擦电附着脚组成,通过摩擦电效应驱动和精确控制,为适用于电响应软机器人的可持续电源技术提供了新的策略。相关工作以“Bioinspired Triboelectric Soft Robot Driven by Mechanical Energy”为题于近期发表在《Advanced Functional Materials》上,极大地扩展了TENGs作为新型高压电源在软机器人领域的适用性。

图片文章重点:

1. 受尺蠖运动的启发,设计了一个控制模块来确保软变形体和摩擦电附着脚(TAF)之间的TESR协调,在这个系统中,具有生物灵感结构的TESR由一个柔软可变形的物体和两个TAF组成。由RF-TENG提供动力,柔软可变形的车身产生变形,两个TAF产生受控的附着力。图片摩擦电动软机器人(TESR)系统示意图及应用演示

2. 通过RF-TENG驱动和精确控制,TESR可在丙烯酸表面达到14.9mm/s的最大爬行速度。由于其独特的结构设计,TESR原型机具有良好的在不同基底上爬行的适应性,成功实现TESR在不同材料表面和不同角度斜坡上的爬行。利用TESR携带微型摄像机在狭长隧道内传输图像的实时可视化监控平台,表明其可用于未来人类无法进入的区域的快速诊断。

TESR在封闭水平隧道进行视频记录

全文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202104770