首页
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
更多
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
东南大学团队发表软体机器人综述,探索驱动与传感集成新途径
文摘
2024-09-28 15:01
吉林
不久前,东南大学机械工程学院的研究人员发表了一篇综述,全面系统地总结了软体机器人中驱动和传感技术的最新进展,特别强调了二者集成的重要性,为未来智能软体机器人的发展指明了方向。文章不仅介绍了各种技术的原理和优缺点,还通过大量具体实例来说明其应用,使读者能够深入理解这一领域的发展现状和未来趋势。
文章首先介绍了软体机器人的背景和优势,包括其可变形性、适应性强等特点,使其适合在复杂环境中应用。软体机器人采用柔性材料制成,通过多种驱动方式实现复杂运动,并结合可拉伸传感技术来感知环境信息。该综述发表于中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊Cyborg and Bionic Systems上。
原文链接:
https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0105
▍
软体驱动策略
这部分详细介绍了软体机器人中常用的四种驱动策略:压力驱动、电驱动、外部刺激驱动和被动变形驱动。
压力驱动
压力驱动包括气动驱动和液压驱动两种方式。
气动驱动:主要通过软气动执行器(SPA)实现,其中包含多个空腔通道,通过充气使通道膨胀变形来实现运动。文章介绍了气动人工肌肉(PAM)等典型结构,以及基于SPA的软体机器人抓取器等应用实例。气动驱动具有轻质、来源广泛、污染小等优点,但存在质量大、密封要求高等问题。
液压驱动:利用不可压缩流体的特性,通过控制嵌入式通道内的流体压力来实现驱动。文章介绍了液压驱动的基本原理,以及近年来在自修复、微型化和多模态运动等方面的进展。液压驱动具有响应快、驱动力大等优点,但建模和控制较为困难。
电驱动
电驱动主要基于电活性材料,包括介电弹性体(DE)、离子聚合物-金属复合物(IPMC)和形状记忆材料(SMM)三种方式。
DE驱动:基于电场作用下的Maxwell应力,使DE材料在面内方向膨胀、厚度方向收缩。文章介绍了DE驱动器的结构优化、低电压驱动等研究进展,以及其在人工肌肉、微型机器人等方面的应用。DE驱动具有功率密度高、带宽宽、应变大等优点,但存在需要预应力、高电压等问题。
IPMC驱动:由夹在两电极间的离子聚合物薄膜组成,在电场作用下发生弯曲变形。文章介绍了IPMC在软体机器人中的应用,如仿生水母机器人等。IPMC具有电敏感性好、柔顺性好等优点,但功率密度低、应力小等缺点。
SMM驱动:包括形状记忆合金(SMA)和形状记忆聚合物(SMP)。SMA通过加热实现相变,从而产生形变和驱动力。文章介绍了基于SMA的软体机器人手臂、无线软体机器人等应用。SMP则通过温度、光等刺激实现形状记忆效应。SMM驱动具有轻质、驱动效率高等
外部刺激驱动
外部刺激驱动的软机器人策略包括磁、光、热等环境刺激。水分和光驱动通过材料对水的吸收或光响应实现变形;热驱动分为光热和电热,利用温度变化引发变形;磁驱动结合磁响应粒子,通过磁场控制机器人运动。这些策略具有远程控制和少物理接触的优势,适用于微型机器人,但在材料选择、动力学建模及设计复杂性上仍有挑战。尽管已有应用,该领域仍有广阔探索空间。
被动变形驱动
这部分介绍了基于线缆和舵机的被动变形驱动方式。通过控制线缆或舵机来改变软体结构的形状,从而实现特定的运动模式。文章举例说明了这种驱动方式在软体机器人手臂、仿生鱼等应用中的实现。
多模式驱动策略
文中还探讨了结合不同驱动方法的多模式驱动策略,以增强软机器人的多功能性和性能。例如,将压力驱动与电动驱动相结合,可以实现更复杂和精确的运动控制。这种策略为开发更智能、更适应性强的软机器人提供了新的可能性。
▍
软体传感策略
这部分详细介绍了软体机器人中的传感技术,主要包括本体感知和触觉感知两大类。
本体感知
本体感知指机器人对自身姿态、位置等信息的感知。文章介绍了基于电阻、电容、磁场等原理的本体感知方法,以及在软体机器人中的应用实例。如基于石墨烯的应变传感器用于监测软体结构的变形,磁场传感器用于追踪软体机器人的位置和姿态等。
触觉感知
触觉感知指机器人对外界接触力、温度等信息的感知。文章介绍了基于压阻、压电、电容等原理的触觉传感器,以及在软体机器人手指、皮肤等应用中的实现。如基于离子水凝胶的高灵敏度压力传感器,用于软体机器人的精确触觉感知。
多模态感知融合
这部分强调了将本体感知和触觉感知进行融合的重要性,以实现软体机器人更全面的环境感知能力。文章介绍了几种多模态感知的实现方法,如将应变传感和压力传感集成在同一结构中等。
▍
驱动和传感的集成
这是文章的核心部分,详细讨论了软体机器人中驱动和传感技术的集成策略。文章提出了三种主要的集成方法:
传感器表面集成
这种方法将传感器直接集成在软体执行器的表面。文章介绍了几种典型的实现方式,如基于电子皮肤的集成方法,将柔性传感器阵列直接附着在软体结构表面,实现对执行器变形和外界接触的同步感知。
传感器内部集成
这种方法将传感元件嵌入软体执行器的内部结构中。文章举例说明了几种内部集成的实现方式,如将导电材料直接掺入软体材料中形成复合结构,或在制造过程中将传感元件嵌入软体结构内部等。这种方法可以实现更紧密的驱动-传感耦合。
集成驱动和传感的其他策略
这部分介绍了软机器人集成驱动和传感策略的重要性及其多种实现方法,包括磁驱动、DE、LCE和SMA等不同技术的集成案例。指出了当前策略的局限性,并探讨了多模态集成和新技术应用对提升软机器人智能化水平的潜力。
▍
挑战与展望
文章最后总结了软体机器人驱动-传感集成技术目前面临的主要挑战,例如需全面评估工作环境和运动要求,确保性能兼容;需探索多样化表面与内部集成方法;需鼓励创新设计范式,利用新材料和制造技术提升集成效率。同时,文章也指出软体机器人融合多学科知识,将在多领域发挥重要作用,特别是航空航天、医疗等领域,新材料和集成策略的结合将推动智能软体机器人的突破性创新。
来源:机器人大讲堂
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODE4NDAwNw==&mid=2655157886&idx=1&sn=7468fdce745fb5005f010be0f0244042
国际仿生工程学会
学会旨在增进各国仿生学者之间的学术交流与合作,推动仿生工程领域科学研究的发展,提升仿生工程人才的培养教育水平。学会秘书处常设在中国长春吉林大学,是目前在中国教育部所属高校中唯一设立秘书处的国际学术组织。
最新文章
一锅法制造仿生变形双层结构
JBE | Friction and Deformation Behavior of Human Skin During
IF:51.4!加州理工学院高伟教授团队Chem. Rev.综述:可穿戴和植入式软体机器人
Droplet | 利用微气泡重复改造双层脂膜
江苏大学张忠强课题组与鹏城实验室焦健课题组Chem. Eng. J.:一种可创建表面形态的无线可编程电液触觉电子皮肤
JBE | Research on Gait Trajectory Planning of Wall-Climbing
大连理工大学张磊副教授/孙吉宁教授研究团队Chem. Eng. J.:声表面波驱动浸没表面黏附细菌的定向清除
Droplet | 用于高效油/水分离的仿生多功能纤维材料
视触觉传感仿真器Tacchi升级版,支持多模式接触运动
《仿生工程学报》2024年第5期目次
宁波材料所陈涛/宁波工程学院高国荣等 Angew:海洋变形虫启发的盐化水凝胶的各向异性重构和及其可编程的形变
Droplet | 适用于电润湿和介质电润湿驱动数字微流体技术的混合电极
“离散尺度磁弹性”与“弹性体弹性”耦合:从巴克球玩具到软体机械手
JBE |Highly Bendable Ionic Electro-responsive Artificial Muscles
从自然中汲取灵感:仿生自清洁与自冷却光伏面板助力光伏效率提升
Droplet | 使用可折叠悬臂对液滴进行目标投射
华南理工大学钟勇团队AFM:基于催化剂扩散的自封装液态金属-硅胶油墨赋能驱感一体化软体机器人
JBE | Dynamic Color Regulation of the Lycaenid Butterfly Wing
Droplet | 封面文章 | 通过电场强迫整顿射流断裂
中山大学翟文涛教授团队 Adv. Sci.:受骆驼皮毛启发的用于冷热交替环境的温度调节发泡纤维及织物
JBE | Glass Sponge-inspired Auxetic Mechanical Metamaterials for
《Nature Communications》 | 3D打印液态金属聚合物复合材料作为近红外响应4D打印软体机器人
Droplet | 综述文章 | 仿生液滴操纵材料:原理、方法和应用
《AM》东华朱美芳/游正伟团队:受鱿鱼启发抗盐类皮肤弹性体,超高抗损伤能力,适用于水下软体机器人
JBE | 上海交通大学张旺研究员团队|生物启发材料:从独特的维度架构到热调节特性
应用实例 | 哈尔滨工业大学《CEJ》:具有高气液分离效率的仿生Janus微流体制氢仿生功能器件
武汉大学郑怀、香港理工王钻开教授 | 通过带电表面图案重构实现可编程液滴操控
《Science Robotics》刊发:美国密歇根大学研发多功能膝关节外骨骼机器人
JBE | 伊斯兰阿扎德大学Mohammad H. Nadimi‑Shahraki | 混合元启发式算法
德国海德堡大学分子系统工程与先进材料研究所《Advanced Materials》| 绿色打印:用于光 3D 打印的微藻基材料
Droplet | 河南农大宋美荣、清华大学冯西桥教授团队 | 仿植物叶片的柔性液滴弹弓
Nature Machine Intelligence:基于强化学习的扑翼无人机机翼应变飞行控制
JBE | 吉林大学任露泉院士课题组 | 受细胞壁及骨骼肌启发的纤维主导软致动器研究
华中科技大学周华民/黄威团队Matter:抗冲击、高吸能复合材料的仿生制造!
Droplet | 湖北大学郭志光教授团队 | 用于高效油水分离的仿生多功能纤维材料
仿生传感丨北航蒋永刚课题组Advanced Science: 揭开洞穴鱼的头角“结构-功能”关系之谜——增强水下流场感知能力
JBE | 土耳其巴特曼大学Serdar Ekinci教授团队 | 一种可作为车辆巡航控制系统的PIDD2控制器
浙大谢涛/浙理工彭文俊《Science Advances》:双网络聚合顺序调控可3D打印液晶弹性体的驱动模式
JBE | 日本Kagawa University研究团队 | 采用双侧或单侧辅助机器人的双侧康复系统
大连理工大学 | 一种适用于可伸缩—弯曲连续体机器人的灵活头部跟随算法
Droplet | 广东工业大学陈颖教授团队 | 热毛细流动实现双重乳液内液滴释放
【ACS Energy Lett.】水上机器人连续运动固-液摩擦电机制实现水体化学/生物信息自主感知
Advanced Materials 青蛙启发的电磁辐射感知型微纤维两栖机器人
超人手功能的软体指尖:磁触觉感知兼具吸附抓取能力
JBE | 中国矿业大学葛世荣研究员团队丨振动触觉:人造潘申尼小体的综述
深圳大学陈光明教授课题组AFM:基于一体式无接点p-n热电器件的高时空分辨率仿生温度传感器
Droplet | 香港中文大学徐磊教授团队 | 流体超构材料的设计原理、实验以及应用
东南大学团队发表软体机器人综述,探索驱动与传感集成新途径
JBE|武汉理工大学郭智威教授课题组 | 仿生多孔结构材料的润滑性能
2024仿生科学与工程青年学术会议(IYCBSE 2024)在南京成功举办
分类
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
原创标签
时事
社会
财经
军事
教育
体育
科技
汽车
科学
房产
搞笑
综艺
明星
音乐
动漫
游戏
时尚
健康
旅游
美食
生活
摄影
宠物
职场
育儿
情感
小说
曲艺
文化
历史
三农
文学
娱乐
电影
视频
图片
新闻
宗教
电视剧
纪录片
广告创意
壁纸头像
心灵鸡汤
星座命理
教育培训
艺术文化
金融财经
健康医疗
美妆时尚
餐饮美食
母婴育儿
社会新闻
工业农业
时事政治
星座占卜
幽默笑话
独立短篇
连载作品
文化历史
科技互联网
发布位置
广东
北京
山东
江苏
河南
浙江
山西
福建
河北
上海
四川
陕西
湖南
安徽
湖北
内蒙古
江西
云南
广西
甘肃
辽宁
黑龙江
贵州
新疆
重庆
吉林
天津
海南
青海
宁夏
西藏
香港
澳门
台湾
美国
加拿大
澳大利亚
日本
新加坡
英国
西班牙
新西兰
韩国
泰国
法国
德国
意大利
缅甸
菲律宾
马来西亚
越南
荷兰
柬埔寨
俄罗斯
巴西
智利
卢森堡
芬兰
瑞典
比利时
瑞士
土耳其
斐济
挪威
朝鲜
尼日利亚
阿根廷
匈牙利
爱尔兰
印度
老挝
葡萄牙
乌克兰
印度尼西亚
哈萨克斯坦
塔吉克斯坦
希腊
南非
蒙古
奥地利
肯尼亚
加纳
丹麦
津巴布韦
埃及
坦桑尼亚
捷克
阿联酋
安哥拉