浙江大学成功研发高性能水下软体仿生机器鱼科技前沿

科学网 2017-04-14 08:36 阅读()
导读:近日,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。...
       近日,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。
       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的响应,所以我们的这个扑动的频率可以比较高,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,这也是我们设计中一个创新设计。”
 
 
       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方法。一部分已走向产业应用。
       据了解,这条机器鱼身长9.3厘米,体重90克,外形酷似蝠鲼(鳐鱼的一种,人称“魔鬼鱼”),比一枚鸡蛋略重,将它投到鱼缸中,它就如真鱼附体,扑扇着“两翼”划水前进。实际这条鱼是有电子肌肉的。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。
 
 
       所谓介电高弹,就是指材料能在电压的刺激下产生形变。2000年,Ron Pelrine等科学家发现发现一类高分子聚合物薄膜具有介电高弹的特性。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。电子肌肉能在红外信号的操控下实现左拐,右拐,前进。
       浩渺的深海中,蝠鲼是一种非常优雅鱼类,微微扇动胸鳍,再向前滑行一段,仿佛在蓝色的大海中飞翔。记者了解到,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。这是科学家为什么将蝠鲼作为仿生对象的原因。电子鱼靠体内封装的450毫安时(相当于手机容量的十分之一)的锂电池供电,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。
       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。


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