發布：2023-05-24 17:33:17 關注：31027次
在自然界中，袋鼠、青蛙和跳蚤等生物通常借助瞬間跳躍來捕捉食物或躲避危險。它們主要通過調節自身形狀以達到所需的跳躍高度或距離，這為研究人員設計跳躍機器人提供了靈感。與傳統的剛性機器人相比，軟機器人由于其靈活性、重量輕、可編程、多功能性和適應性等特點，被應用于結構化、非結構化環境中。柔性致動器作為軟機器人的主要構造部分，可在外部環境刺激下如光、電場、蒸汽等，產生可逆機械變形，在跳躍運動領域具有巨大的潛力。迄今已經開發了許多具有優異跳躍能力的致動器。早期的綜述主要集中在由具有機械部件的輕質剛性材料制成的跳躍機器人上，重點關注跳躍方向控制和穩定性。然而，很少有工作總結關于最近柔性致動器的研究進展。
該綜述文章系統總結了近年來柔性致動器在跳躍運動領域的研究進展。首先作者討論了柔性致動器的跳躍機制，重點介紹了兩種跳躍驅動機制（大致動力或大變形速度，能量儲存-瞬時釋放），并對不同柔性材料（形狀記憶聚合物、介電彈性體、液晶彈性體、水凝膠及其他高分子聚合復合物）和不同刺激（光、濕氣、電場、磁場、液壓及氣動驅動等）響應跳躍柔性致動器進行了詳細分類總結。最后，作者對當前實現柔性致動器的跳躍運動面臨的挑戰和未來發展前景作了闡述。
圖1. 重點舉例說明跳躍致動器的兩種跳躍驅動機制： (A) 基于較大的驅動力：機器人將其腿部的一部分充氣，使身體向預期的跳躍方向傾斜。燃燒后，底部的半球體膨脹出來，緊貼地面，將機器人推向空中。（B）能量積累和瞬時釋放：滾動執行器的跳躍機構。在外部刺激下，能量積聚在薄膜的部分重疊部分（A和C部分之間），然后突然釋放，使致動器薄膜跳躍。
圖2. 代表性水凝膠材料跳躍致動器的設計： (A, B)當光照射在水凝膠球體上時，其內部由于光熱效應產生氣泡，并使內部體積膨脹，導致致動器撞擊基底并產生跳躍，從而可以實現障礙物的跳躍。
作者簡介
劉遵峰，南開大學化學學院教授，國家杰出青年科學基金獲得者。研究方向為：仿生智能高分子材料，包括高強韌人造蜘蛛絲、人工肌肉、柔性電子、柔性制冷等。目前共發表SCI論文100篇，總計SCI他人引用13000余次。其中以第一作者和通訊作者在Science (2篇), Nat. Commun., Adv. Mater. Chem. Soc. Rev等國際學術SCI期刊上發表研究論文60余篇。其中2015年關于可拉伸導體的研究工作被美國《Discover Magazine》評選為2015年度全球TOP100重大科學發現；2019年關于“扭熱制冷”的工作開創了新型固態柔性制冷新方法，大幅提高了制冷效率；研發的水凝膠纖維人造蜘蛛絲強度與韌性性能接近天然蜘蛛絲。受邀撰寫多篇綜述，授權中國專利10余項。在多個國內外學術會議做邀請報告60余次。
周湘，中國藥科大學副教授，主要研究方向為小分子和聚合物的合成及其在藥物遞送和智能材料中的應用。目前共發表SCI論文30余篇，包括Nat. Commun., Chem. Soc. Rev, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.,等。
李晶晶，武漢紡織大學講師，2019年畢業于南開大學，主要研究方向為智能驅動材料的研究及應用。目前共發表SCI論文10余篇，包括Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., J. Mater. Chem. A等。
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