香港中文大学任洪亮教授团队的一篇关于基于液-气正逆相变的双冲程软袋致动器的研究论文已被期刊Advanced Engineering Materials (AEM) 接收，论文题目为《Dual-Stroke Soft Peltier Pouch Motor Based on PipelessThermo-Pneumatic Actuation》。这项研究专注于探索新型无线驱动软体机器人，设计了一种基于液-气正逆相变原理的双冲程软袋致动器。这一创新设计为软体机器人领域带来了全新的发展前景，旨在提高其运动精度和响应速度。同时，这项技术创新还为软体机器人系统的轻量化设计以及在体内实现更加灵活操作做出了重要贡献。
论文题目：Dual-Stroke Soft Peltier Pouch Motor Based on PipelessThermo-Pneumatic Actuation
论文作者：Wenchao Yue✝, Chengxi Bai✝, Jiewen Lai, and Hongliang Ren*
发表期刊：Advanced Engineering Materials (AEM) - Cover Invited
论文简介：
软机器人技术因其柔性结构和软性功能材料的特性而备受瞩目。软机器人相较于传统刚性机器人具有出色的适应性和可塑性，能够主动适应环境并承受大幅连续变形，具备高度的运动灵活性和安全互动性。在软机器人的演进历程中，软执行器扮演着关键角色，然而传统软气动执行器存在着体积庞大的气压缩机，管道的限制，复杂的气路设计等挑战。为克服这些障碍，本研究提出了一种基于热电相变驱动的软体作动器——Peltier 袋式马达（PPM），PPM采用了无线双向驱动的设计，利用主动相变的低沸点液体实现了无需气动驱动的管道优势。这种设计使得PPM在柔性机器人领域具有独特的优势，为软机器人技术的发展带来了新的可能性。展望未来，PPM在体内应用领域具有巨大的潜力。其无线双向驱动能力为医疗领域带来了新的可能性，例如微创手术中的精准操控、内窥镜技术中的灵活控制以及药物输送系统中的精准定位等应用。结合PPM的先进技术和体内医疗应用的需求，未来可以进一步推动无线驱动软机器人技术在医疗领域的发展，为医疗诊断和治疗提供更多创新和可能性。
原理示意图：展示了通过主动加热和冷却低沸点流体实现双向相变控制的过程，从而控制袋状电机的膨胀和收缩。这种设计机制使得系统能够灵活地调节温度，进而控制电机的运动方向和幅度。
制备过程展示
主要贡献：
1. 提出了基于无管道热气动驱动的新型软柔性作动器：文章介绍了一种名为Peltier pouch motor (PPM)的新型热电软作动器，其具有模块化和双冲程特性，通过低沸点液体的主动相变实现。
2. 超模块化设计：PPM单位的轻量化和可伸展的柔性有助于组装引发的超模块化，从而创建多自由度系统来实现多模态的运动构型。
3. 广泛的应用：在五种不同应用场景下展示了PPM单位的多功能运动，包括热响应陆地行动、潜水无噪音悬停、智能窗帘控制、体温驱动手腕康复和自适应混合夹爪。
4. 性能提升：实验结果表明，PPM单位在高负载率（约400%）、热传递效率（加热提升425%；冷却提升138%）和热响应性能（加热0.57° s^-1；冷却0.29° s^-1；4.5 V）方面表现出色。
实验验证-五种潜在应用：
PPM可以通过控制其在液体环境（水和油）中的体积，在沉浮状态之间进行切换和控制。
在温度为 4 °C 的冷室中对电热阵列进行无系绳滚动验证实验。
PPM智能窗帘控制: a) PPM 窗帘有三种工作模式：在太阳响应关闭模式下，PPM 接收来自太阳的热量并智能地关闭窗帘进行遮阳。在主动冷却和加热模式下，PPM 通过输入电压控制照明或取暖; b) PPM 窗帘微型装置的构造; c) PPM 窗帘的打开和关闭过程。
PPM 机械爪原理和抓取实验: 橡皮（4.5 克）、PVC 胶带（10.2 克）和食用果冻（283.4 克）的过程,GESTALTA 艺术人物（100.3 克）的抓取过程。
PPM腕部恢复垫示意图，由两个硬质塑料平板和一对 PPM 线性运动装置组成。连接到平板上的成对 PPM 在利用体温加热时产生向上的力，将手部模型抬起, 主动冷却后产生向下的力，将手部模型放下，循环往复达到康复手腕的目的。
【香港中文大学任洪亮教授课题组】
香港中文大学（CUHK）医学机器人感知与人工智能研究课题组欢迎博士/博士后/研究助理加入，主要领域包括：医学机器人与智能系统、图像引导手术中的AI学习与控制、医疗机电一体化、连续和柔性机器人与传感器、变刚度调控技术、AI辅助内窥诊断、医学图像处理等。更多详情，请参阅任洪亮教授Google Scholar信息页与实验室网站http://labren.org/
引用：
[1] Yue, W., Bai, C., Lai, J., & Ren, H*. (2024). Dual‐Stroke Soft Peltier Pouch Motor Based on Pipeless Thermo‐Pneumatic Actuation. Advanced Engineering Materials, 26(5), 2301408.
