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天津大学陈焱和张雷课题组联合研发恒湿驱动滚动软体机器人Hydrollbot

2022-05-31 15:54:15


近日,天津大学机械学院陈焱教授课题组和化工学院张雷教授课题组在Research期刊联合发表了论文“A Humidity-powered Soft Robot with Fast Rolling Locomotion”,介绍了最新研究成果:一种可以在恒定湿度环境下快速滚动的软体机器人——Hydrollbot。




论文工作提出了一种可以在恒定湿度条件下连续快速运动的软体机器人Hydrollbot,并实现了运动轨迹的可编程设计。机器人基于湿度敏感的琼脂糖薄膜材料,通过在薄膜两侧粘贴PET条带克服了薄膜的随机弯曲问题,实现了单向弯曲,并通过薄膜两端的V形PET脚增加了机器人与基底表面的摩擦力,同时避免了机器人反向运动。机器人与湿度环境接触后,在吸水产生的弯曲变形以及其自身的重力共同作用下,实现了在恒定湿度环境下连续的快速滚动。进一步,作者建立了机器人运动的理论分析模型,发现了机器人运动速度随着薄膜长度和湿度的增加而增加,而随着薄膜厚度和胶带长度的增加而降低。基于理论模型优化后的机器人的重量仅为6.8 mg,而直线滚动速度达到0.714 BL/s,超过目前报道的所有湿度响应软体机器人,并领先于目前大多数环境驱动的软体机器人。此外,Hydrollbot还能够携带自身重量100%的有效载荷运动。最后,作者通过改变Hydrollbot机器人结构的几何形状和脚的位置调控机器人的滚动方向,通过调整PET条带的相对位置控制薄膜的弯曲方向,实现了运动轨迹的多种简单编程。此项工作为环境驱动软体机器人的结构设计提供了多学科交叉研究的新思路,有望推动湿度驱动软体机器人在医疗、传感、驱动等方面的应用。未来的研究将通过创新结构设计与多种刺激敏感的新材料相结合,实现机器人在复杂环境下的适应性、智能性与可靠性。

Hydrollbot运动的理论分析模型


论文第一作者为天津大学硕士生付磊、博士生赵维强和马家耀副教授,通讯作者为陈焱教授和张雷教授,其他作者包括博士生刘欣萌和硕士生杨明远。本论文工作获得了国家自然科学基金和腾讯基金的支持。原文链接:https://spj.sciencemag.org/journals/research/2022/9832901/


天津大学可动结构实验室(http://motionstructures.tju.edu.cn/ch/index.html)是由国家“杰青”陈焱教授于2012年组建,现有教师4人(陈焱、马家耀、穆九柯、张霄)、研究生19人。实验室的主要研究方向包括:空间机构与可展结构,折纸结构与超材料,软体驱动与机械智能机器人。实验室常年招收博士和博士后。