超薄柔性機械人面世

    中國南方科技大學研究團隊日前發表最新研究指出，研究人員提出了一種新型的二自由度靜電薄膜驅動器，基於柔性電路工藝實現，並具備良好的重複定位精度、速度和輸出力，並結合進一步研製出一種厚度僅九百七十微米、質量約十九點七克的超薄柔性機械人，有望應用於大型構件內部狹窄空間及複雜表面等傳統機械人難以進入區域的原位加工與檢測任務。

    飛機、船舶等大型複雜構件在服役期間需要頻繁檢測、清潔和維護，常規加工機床難以容納這類大尺寸對象。近年來，輪式 、足式等原位作業機械人不斷發展，但現有平台通常質量較大、體積較大，既可能使薄殼結構或精細表面變形受損，引發斷裂、腐蝕等風險，也難以進入受限空間作業。因此，亟需發展新型驅動技術，構建能夠進入狹小空間並適應複雜表面的柔性機械人，為原位加工與檢修提供新的技術路徑。為此，研究團隊提出了一種基於正交雙層電極結構的二自由度驅動器。該驅動器能在平面內產生兩個相互正交的驅動力，從而驅動動子實現任意方向的平面運動，具有易加工、易裝配和具備規模化製備潛力等優勢。

    研究團隊將靜電吸附片通過柔性關節連接至二自由度驅動器端部，研製的機械人能獨立調控動子／定子與基底之間的吸附／脫離狀態，從而將驅動器的局部運動轉化為機械人整體的大範圍移動，能完成直線移動與斜向運動，最高運動速度約為三十九毫米每秒，展示了其在原位作業中的運動基礎。

    實驗顯示，該機械人具備良好的表面適應能力，可在亞克力、紙張、橡膠和木板多種非導體表面運動，體現了靜電吸附足對不同材料表面的相容性。該機械人還能在曲面和垂直表面上運動，能適應飛機、船舶等大型構件中常見的曲面、立面等複雜幾何結構。研究人員指出，該機械人實現了在僅十微米厚的鋁箔表面運動而不造成破壞，體現了對薄殼結構和柔弱表面的友好性，還能在小曲率半徑圓管外表面移動，展示了對複雜結構的適應能力。此外，機械人可攜帶約自重四倍的負載運動，說明該平台能搭載感測器、加工工具等功能模組。其在外部衝擊變形後仍能保持運動功能，為複雜現場環境中的穩定作業提供了支撐。

    在原位檢測方面，研究人員表示，通過將微型攝像頭搭載在機械人足端，機械人可進入高度僅七毫米的狹縫開展攝像，並通過掃描完成內部結構檢測和三維重建，驗證了其用於大型構件中受限空間內部檢測的可行性。此外，該研究該展示了機械人在原位加工和原位打磨作業的能力。研究團隊認為，該研究將柔性電子製造、靜電驅動與機械人系統設計相結合，構建了一種兼具輕薄形態、表面適應能力和工具搭載能力的超薄柔性機械人平台，為傳統剛性機械人難以進入或難以安全作業的幾何受限、敏感環境提供了新的原位檢測與加工技術思路。

    多    姿