信用:吴双。北卡罗来纳州立大学的研究人员提出了一种热致动器的新设计，这种热致动器可以用来在柔软的机器人设备中产生快速运动。“使用热驱动对软机器人来说并不新鲜，但软热驱动最大的挑战是它们相对较慢——我们已经让它们变得更快了，”该论文的对应作者、北卡罗来纳州机械和航空航天工程安德鲁·亚当斯杰出教授朱勇说。
致动器是设备的一部分，如软机器人，通过将能量转化为功来产生运动。
该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学博士生吴双说:“使这种新型致动器设计奏效的是一种具有双稳态设计的结构。“想到一个弹夹。它是稳定的，直到你施加一定的能量(通过弯曲它)，然后它会变成不同的形状——这也是稳定的。”
在新型热致动器的情况下，材料是双稳态的，但是材料更喜欢哪种形状取决于温度。
事情是这样的。研究人员将两种材料层层叠叠，中间是银纳米线。这两种材料具有不同的热膨胀系数，这意味着它们在加热时以不同的速度膨胀。实际上，这意味着加热时结构会弯曲。
然后，这种分层材料被塑造成一种设计，在一个方向上赋予它默认的曲率——假设它向下弯曲。当电压施加到银纳米线上时，材料变热，使其向另一个方向弯曲。一旦达到某个温度——临界温度——材料就会迅速弯曲成新的默认形状。当电压降低时，温度又会下降。一旦冷却到另一个临界温度，材料就会迅速恢复到之前的默认形状，迅速向下弯曲。注意，两个临界温度是不同的；第一个更高。通过以规则的模式向纳米线施加电流，你可以使材料来回快速移动。
为了演示这项技术，研究人员制作了两个原型。其中一个原型模拟了捕蝇草的捕捉行为，而另一个是一个“爬行动物”，每秒钟能够移动超过一个身体长度。
“潜在的应用范围从生物医学应用到假体装置再到高端制造，”朱说。“任何你希望能够快速移动的应用，但也希望避开刚性材料和传统机器人技术。”
接下来的步骤包括开发传感器和控制机制，可以更全面地自动化驱动过程，使其比纯粹的手动控制更有效地运行。
“我们也有兴趣探索其他可能的材料，这样我们就可以微调热性能和机械性能，”朱说。"这可以让我们调整致动器的速度和力."
论文“用于软机器人的快速热致动器”发表在《软机器人》杂志上。
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