密歇根州立大学曹长勇团队Advanced Materials Technologies综述: 软体爬行机器人

图1. 基于气压驱动的软体爬行机器人。

（A）PN驱动器的变形原理；

（B）多步态软体机器人；

（C）PN执行器的两种不同气压状态下的变形；

（D-F）蛇形软体机器人及其运动机理和气压驱动器的示意图；

（G）利用基于剪纸的皮肤的构建的爬行机器人;

（H-I）由V-SPA模块构成的连续体机器人及其V-SPA驱动器结构；

（J）管道爬行的软体机器人以及（K）结构组成示意图。

图2. 基于气压驱动的软体行走机器人。

（A-B）四足软体机器人及其采用的cVAM驱动器的结构设计；

（C）在-90 kPa下的cVAM执行器的工作状态；

（D）可全方向运动的软体模块化机器人；

（E）软体圆柱状驱动器在不同压力情况下的变形；

（F）机器人爬行机理（蓝色代表正压力作用，红色代表负压作用）；

（G）依靠气压推动的执行器所构成的三足软体机器人;

（H-J）气体驱动的肢体变形与运动状态。

图3. 基于液压以及化学反应的软体爬行机器人。

（A-B）新型3D打印的六足机器人及其足部设计配置和（C）执行器结构；

（D）基于化学反应推进的软体自控制机器人Octobot；

（E）软体控制器中的单向阀和切换阀系统；

（F）软体控制器中的振荡器改变Octobot的运动状态；

（G）基于燃烧驱动的3D打印的软体跳跃机器人; 

（H）化学反应顺序包括：燃料运输、混合与点火；

（I）单向跳跃运动过程中不同时间步的位置变化。

图4. 基于介电高弹聚合物的软体行走机器人。

（A）一种依靠多层叠DEA驱动的仿生四足机器人；

（B）多层叠DEA的电致驱动机理；

（C）四足机器人的运动步态（摆动相与支撑相）以及曲柄滑块运动原理；

（D）第一代Sungkyunkwan六足机器人S-Hex I；

（E）足部驱动器的设计以及相应运动步态；

（F）第二代Sungkyunkwan六足机器人S-Hex II;

（G）改进的足部驱动器设计以及相应运动步态。

图5. 基于闭环构型介电高弹聚合物的软体爬行机器人（滚动及滑动模式）。

（A）可折叠DEA驱动软体爬行机器人；

（B）增强型可折叠DEA的CAD模型以及其（C）驱动机理；

（D）基于多节DEMES驱动的软体滚动机器人（RSR）；

（E）单节DEMES结构驱动时的应力状态以及RSR的滚动原理；

（F）由DEA构成身体以及六组EAA作为足的全方向可移动软体机器人（OSCR）及其（G）运动机理;

（H）由闭环式DEA结构单元组装而成的爬行机器人及其（I）滑行运动机理。

图6. 基于介电高弹聚合物的尺蠖式软体爬行机器人。

（A）基于DEA以及EAA的无牵引软体机器人；

（B）EAA的驱动原理；

（C）无牵引软体机器人的运动机理；

（D）四足尺蠖型机器人及其（E）爬行机理；

（F）实现完全软体的爬行机器人及其（G）运动原理；

（H）“Trevor”软体机器人及其（I）应用的集成式DEO组件。

图7. 基于形状记忆合金的软体爬行机器人。

（A）毛毛虫式软体机器人GoQBot的结构设计；

（B）3D打印的软体爬行机器人；

（C）内部SMA的排列以及底部多摩擦系数结构设计；

（D）海星状软体机器人及其（E）运动机理；

（F）基于SMA生成的SSC结构所驱动的海龟型机器人以及其（G）运动原理；

（H）由SMA弹簧以及各向异性摩擦衬垫组成的Omegabot软体机器人及其（I）爬行与转向机理。

图8. 基于磁响应弹性体的软体爬行机器人。

（A-B）多足磁控软体机器人；

（C）打印制备快速变形的软体机器人; 

（D）3D打印的磁控变弹性体在多种编程式磁场中的功能性演示，包括(a)基于不同磁场方向所展现出不同电子功能的可重组的电子设备；(b)可阻拦并抓取快速移动物体的六面体结构；(c)定点运送药片；(d)施加磁场突转所引起的3D膨胀结构的水平跳跃。

图9. 基于液晶弹性体的软体爬行机器人。

（A）由CLCP多层薄膜结构组成的软体爬行机器人；

（B）紫外线与可见光对CLCP层长度变化的影响；

（C）基于CLCP复合结构光致变形所产生的尺蠖式爬行运动；

（D）光驱使的毛毛虫状软体机器人；

（E）依据特定分子取向而制作的LCE薄膜结构；

（F）周期性激光束驱动的机器人爬行运动;

（G）基于LCE与CB制成的尺蠖型软体机器人以及（H）爬行运动的步态分解。

图10. 基于压电材料的软体爬行机器人。

（A）使用弯曲的PVDF结构所制作的机器人及其在两种不同表面上的运动；

（B）单层扁平PVDF结构与弯曲复合结构（PVDF与PI）的驱动原理；

（C）基于左右两侧不对称摩擦所形成的爬行运动。

图11. 基于离子聚合物金属复合材料及扭绕聚合物的软体爬行机器人。

（A）由离子聚合物金属复合材料单元（腿部与身体结构）组成的软体爬行机器人；

（B）模块化身体以及腿部的驱动原理以及机器人的组装；

（C）依靠身体结构扩张/压缩以及腿部结构加紧/放松产生的爬行运动；

（D）由SCPAM驱动的尺蠖式机器人及（E）依靠身体弯曲和各向异性摩擦实现的运动；

（F）由TCP驱动器制成的爬行机器人；

（G-H）TCP机器人通过各向异性摩擦实现爬动。