重庆网站建设与制作,佛山做seo推广公司,wordpress 游戏网页,百度网页版入口官网来源#xff1a;雷锋网2021 年#xff0c;机器人已经「成精」了#xff0c;公然吵架、组团热舞再也不是人类专属。然鹅在很多人心里#xff0c;机器人还是僵硬、机械甚至冰冷的。即便如此#xff0c;技术日新月异#xff0c;柔性机器人快速发展#xff0c;我们对机器人的… 来源雷锋网2021 年机器人已经「成精」了公然吵架、组团热舞再也不是人类专属。然鹅在很多人心里机器人还是僵硬、机械甚至冰冷的。即便如此技术日新月异柔性机器人快速发展我们对机器人的刻板印象也该被打破了。科学家们设计出的软体机器人在外形上可谓五花八门比如由磁场驱动的软体机器人看上去像是花瓣一样。会奔跑、能游泳、能举重物的“小猎豹”。可用于军事行动的快速隧道挖掘机器人。其实软体机器人的设计往往与一种智能材料有关——人工肌肉。最近在这一领域我国科学家联合美、韩、澳等多国学者做出了新突破相比传统人工肌肉此次研究人员设计出的人工肌肉具有无毒、驱动频率高10 Hz、驱动电压低1 V、高比能量0.73~3.5 J/g、高驱动应变3.85~18.6 %、高能量密度高达8.17 W/g的特性。▍碳纳米管纱线为何物2021 年 1 月 29 日题为 Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles单极冲程、电渗泵碳纳米管纱线肌肉的论文发表于著名学术期刊《科学》Science。论文出自哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所、江苏大学智能柔性机电研究所、常州大学江苏省光伏科学与工程协同创新中心、美国德克萨斯大学达拉斯分校、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、韩国汉阳大学、首尔大学、澳大利亚卧龙岗大学、迪肯大学等团队。论文题目中有个看起来有点儿高深的词「碳纳米管纱线」Carbon nanotube yarns那么在谈具体的研究细节之前我们先来解决一个问题碳纳米管纱线为何物碳纳米管纱线源自碳纳米管——一种具有特殊结构的一维量子材料径向尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米量级、管子两端基本都有封口。外形上它是由呈六边形排列的碳原子构成的数层同轴圆管层与层之间的固定距离约 0.34 nm而圆管的直径一般为 2~20 nm。据了解碳纳米管作为一维纳米材料重量轻、有着完美的连接结构因而有着独特的力学、电学、化学性能。基于这样的奇特存在碳纳米管纱线也应运而生。根据字面意思即可知这是通过拉伸和松弛、由碳基纳米管纤维制成的紧密绞合的纱线。不同于普通意义上的纱线碳纳米管纱线其实是一种超导体还可当电池使用——早在 2011 年德克萨斯大学就与美国企业展开合作致力于将碳纳米管纱线推向市场。2017 年德克萨斯大学达拉斯分校又研制出一种名为 Twistron 的碳纳米管纱线。当时该研究团队的李娜博士曾在采访中表示这些纱线本质上是一种超级电容器但无需外加电源充电。因为碳纳米管与电解质的化学电势不同当纱线浸入电解质时一部分电荷便会嵌入其中。纱线被拉伸时体积减小使电荷相互靠近电荷产生的电压增高从而获得电能。2014-2016 年一位名为楚合涛的博士生在哈尔滨工业大学和德克萨斯大学达拉斯分校接受联合培养也正是自那时起哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组与德克萨斯大学达拉斯分校 Ray H. Baughman 教授课题组开始了有关碳纳米管纱线人工肌肉的研究。此次已是博士毕业生的楚合涛正是论文的共同一作。▍人工肌肉性能实现新突破那么碳纳米管纱线和人工肌肉之间又有怎样的联系论文介绍渗透离子不论正负会影响着长度、直径的变化因此碳纳米管纱线可用作电化学致动器。据悉碳纳米管纱线人工肌肉是一种典型的智能材料主要通过热、电化学两种方式实现驱动而两种驱动方式存在着差别。根据热力学定律热驱动受着卡诺循环效率Circulation efficiency in Kano即有一个高温热源温度 T1 和一个低温热源温度 T2 的简单循环的制约——相比而言电化学驱动的能量转换效率更高具有更广阔的应用前景。基于这一点研究团队构建了一种全固态肌肉all-solid-state muscle。通过向纱线中渗透带电的聚合物纤维开始部分膨胀随着离子的损失长度会增加这样也增加了肌肉的总冲程。哈尔滨工业大学官方表示研究人员首次发现通过聚电解质功能化的策略可实现人工肌肉智能材料的“双极”Bipolar驱动转变为“单极”Unipolar驱动如下图所示同时发现了人工肌肉随电容降低、驱动性能增强的反常现象Scan Rate Enhanced Stroke, SRES。具体而言研究人员得到了如下效果实现了单一离子嵌入、嵌出的“单极”效应解决了“双极”效应反向离子的嵌入、嵌出引起的性能降低问题提高了做功效率与能量密度等性能人工肌肉随扫描速率增加驱动性能增加解决了传统人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题。哈尔滨工业大学认为这一重要突破解决了人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题为后续设计具有无毒、低驱动电压的高性能驱动器提供新的理论基础。值得一提的是 这一突破在空间展开结构、仿生扑翼飞行器、可变形飞行器、水下机器人、柔性机器人、可穿戴外骨骼、医疗机器人等领域具有巨大的应用潜力。▍关于作者早在 20 世纪 90 年代初哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所就已确立了智能材料与结构的研究方向。实际上哈工大在这一领域的探索离不开一个名字——冷劲松。博士毕业于哈尔滨工业大学复合材料专业的冷劲松教授自 2004 年起担任着哈工大航天学院复合材料与结构研究所教授、博导的职务。1992 年起冷劲松教授就开始开展智能材料系统和结构的研究主要研究方向包括智能材料系统和结构系统、光纤传感器、结构健康监控、复合材料结构设计和工艺技术、可变翼飞行器、结构振动主动控制、光纤通讯和微波光电子器件、微机电系统等等。另外冷劲松教授也在 International Journal of Smart Nano Materials 担任主编在 Smart Materials Structures 和 Journal of Intelligent Material Systems and Structures 等国际杂志担任副主编。2006 年入选教育部新世纪优秀人才计划2007 年入选长江学者特聘教授2018 年当选欧洲科学院物理与工程学部外籍院士Members of the Academia Europaea。值得一提的是此次论文的通讯作者之一正是冷劲松教授。2020 年 3 月 4 日冷劲松教授团队与美国马里兰大学 Norman M. Wereley 教授团队的共同研究成果发表于国际著名期刊 Soft Robotics 展示了一种受象鼻启发的、在可伸展/收缩的气动人工肌肉的基础上设计的新型弯曲螺旋可伸展/收缩气动人工肌肉HE-PAMs/HC-PAMs。此次的研究使得该团队在人工肌肉方面的探索更为深入未来这一领域还会有何突破我们将保持关注。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
