近日，云顶集团岳晓奎教授团队在具有抗冲击特性的静电驱动器方面取得了重要研究成果。该成果以“2-dimensional impact-damping electrostatic actuators with elastomer-enhanced auxetic structure”为题，发表在Nature Communications（《自然·通讯》）杂志上。

为了让仿生机构模拟出自然界生物的行为多样性，需要设计智能化的柔性驱动器，使之能够高效工作并与动态环境安全交互。人体肌肉作为此类驱动器的生物学典范，不仅表现出卓越的驱动性能，还具有优异的结构特性，例如抗冲击、变刚度和结构稳定性。长期以来，静电驱动器在模拟生物肌肉特性时，往往只追求更高驱动性能，忽视了生物肌肉的良好结构特性，导致这类驱动器难以衰减振动且易受冲击损伤，不能很好适用于非结构化和不可预测的环境，这凸显了研究抗冲击静电驱动器的必要性。

近日，岳晓奎教授团队的汪雪川副研究员、朱明珠副教授和博士研究生王勇越等研究人员，创造性地提出一类可用日常材料快速制造的拉胀静电驱动器（AELA），提高了驱动器对冲击和干扰的恢复能力。该类驱动器具有如下优良特性：一是尽管AELA采用的拉胀结构本身是柔性的且容易发生结构失效，但通过弹性拉伸网络的约束，便可以承受重载并在操作中均匀变形。二是该类驱动器可以通过其中梁单元的屈曲和拉合实现可逆大变形，产生大驱动力和冲程。三是AELA可以通过其弹性体增强的拉胀结构快速吸收和耗散冲击能量。四是它具有二维驱动的特性，这为多个驱动器协作提供了更大的自由度。

论文中AELA的实验样本由PVC、硅油等日常材料制成，在施加电压时产生线性收缩，单个驱动器的收缩力达15 N，收缩率达59％，可以在 0.3 秒内快速衰减撞击引起的振动并吸收冲击能量。受到冲击时，该致动器可迅速抑制振动，其性能优于商用减震器及其他静电驱动器。此外，AELA 易于大规模制作而不损害其结构完整性，其制造材料多样且成本低廉。通过使用更高介电常数和击穿强度的涂层电极和电介质，可以进一步减轻重量、提高性能。利用其二维工作模式和自锁机制，文章设计了变刚度的柔顺机械臂和主动可控的张拉整体结构，体现了该类驱动器在仿生机器人等领域的巨大应用前景。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51787-8

（文字：航天学院；审核：秦飞）