杨洪教授课题组研发高性能仿弹尾虫软跳跃机器人

发布者:何雷发布时间:2023-05-19浏览次数:530

(通讯员:王猛)日前,学院杨洪教授课题组在光控软驱动器研究领域取得重要进展,开发了一种具有卓越跳跃性能的软体机器人。研究成果于近日发表在国际顶级期刊《德国应用化学》上,并被选为VIP论文。

跳跃是动物的一种高效运动方式,能使其快速地移动、跨越障碍、躲避天敌。受自然界生物体的启发,科学家们研发了大量的跳跃机器人,然而,目前已开发的软跳跃机器人在跳跃高度、距离、速度、连续跳跃能力等方面存在众多缺陷,因此,开发能够连续跳跃的高性能软机器人具有重要的科学意义。杨洪教授课题组受弹尾虫(Springtail)跳跃方式的启发,基于弹弓弹射原理,设计了一种具有荷包折(Three-leaf panel fold)结构的液晶弹性体基软跳跃机器人。相比于前人发展的热、光、气、电、磁、溶剂驱动的跳跃机器人该软体机器人具有更为优异的跳跃能力,其最大跳跃高度和跳跃距离分别达到了自身长度的87倍和65(相当于一个成人,一跃达到50层楼的高度),而且能够在不同环境条件下实现连续跳跃。

当近红外光照射该液晶弹性体基荷包折条带的内折叠部分时,内折叠部分会展开,但是会被外折叠部分阻挡,形成储能结构;当条带外折叠部分无法阻止内折叠的展开时,条带存储的应变能瞬间得到释放,从而实现跳跃运动。课题组通过有限元模拟分析了这种荷包折条带的跳跃过程,与实验结果一致:在近红外光照下,荷包折条带首先展开,形成弹指结构并存储能量,接着由于重心发生变化,导致条带发生翻转,最后突然释放储存的能量并产生跳跃运动。课题组还进一步通过改变光强、荷包折条带的尺寸以及折痕角度,实现了对软跳跃机器人的跳跃性能和跳跃方向的调控,并演示了该液晶弹性体基软跳跃机器人在复杂环境中(如台阶、粗糙表面)的连续跳跃。

该工作得到了国家自然科学基金和科技部重点研发计划的资助,论文第一作者为化学化工学院博士研究生胡俊,通讯作者为杨洪教授,东南大学为唯一单位。论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202218227