本報訊(見習記者李媛)西北工業大學空天結構技術重點實驗室教授張衛紅團隊與香港城市大學、香港理工大學科研人員合作,開發出一種基于新型電活性聚合物的多功能機器人,有望滿足復雜結構和極寒環境下的應用需求。相關研究成果近日發表于《先進科學》。
電活性聚合物是一類可在電場作用下產生大幅度形變的智能材料,廣泛應用于人工肌肉、軟體機器人等前沿領域。應用場景的不斷擴展,對機器人系統的多功能集成能力提出了更高要求。傳統電活性聚合物往往僅具備電致變形功能,難以滿足環境適應性及系統集成需求。 研究團隊開發了一種具備低電壓驅動、高電吸附力和可控自加熱的新型聚氯乙烯基電活性聚合物。研究人員通過在聚氯乙烯凝膠中引入乙酸乙烯酯,有效抑制了因塑化劑遷移導致的發熱與電擊穿問題,同時顯著提升了材料的介電性能與力學性能。 與現有材料相比,新型材料的發熱量降低超過50%,使用壽命延長15倍以上,輸出力提升1.75倍,電吸附力提升2.15倍,在低電場下實現強吸附力,遠優于傳統靜電吸附結構。此外,研究團隊還提出多種電壓控制策略,可實現材料的按需自加熱或進一步發熱抑制。 在此基礎上,研究團隊開發出具備快速爬行、低溫環境自加熱、模塊化組裝與協同作業能力的微型軟體機器人。機器人結構緊湊,響應靈敏,在僅72.5V的低電壓下即可驅動,顯著低于現有同類系統。通過集成的電吸附結構,機器人集群可在毫米尺度內實現快速連接與脫黏,在狹小空間內完成自主重構,具備優異的群體協作能力。 在極寒環境測試中,機器人可在-50℃環境下完成自主加熱、巡檢和冰層融化等任務。在航空發動機葉片檢測、狹縫探測和寒區作業等應用場景中展現出顯著優勢。相關成果為研發極端環境下小型智能機器人系統提供了新思路,也展示了此類材料在電子器件、仿生系統和智能制造等領域廣闊的應用前景。 相關論文信息: https://doi.org/10.1002/advs.202507757 《中國科學報》 (2025-08-13 第1版 要聞)
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