西北工大造出"極地戰(zhàn)士"：零下50度照樣干活
在極地科考、航空航天等極端環(huán)境作業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。近日，西北工業(yè)大學(xué)聯(lián)合香港科研團(tuán)隊成功研制出一種新型電活性聚合物軟體機(jī)器人，這款能在零下50攝氏度低溫環(huán)境中自主工作的"極地戰(zhàn)士"，為極端環(huán)境作業(yè)提供了創(chuàng)新解決方案。
突破材料瓶頸：新型電活性聚合物問世
傳統(tǒng)電活性聚合物在極端環(huán)境下往往表現(xiàn)欠佳。西北工業(yè)大學(xué)張衛(wèi)紅院士團(tuán)隊創(chuàng)新性地在聚氯乙烯凝膠中引入乙酸乙烯酯，開發(fā)出具有多重優(yōu)勢的新型材料。這種改良使材料發(fā)熱量降低50%以上，使用壽命延長15倍，輸出力和電吸附力分別提升1.75倍和2.15倍。尤為關(guān)鍵的是，新材料僅需2V/μm的低電場就能產(chǎn)生30kPa的強(qiáng)吸附力，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)靜電吸附結(jié)構(gòu)。
研究團(tuán)隊還開發(fā)了多種電壓控制策略，實現(xiàn)了材料的按需自加熱或發(fā)熱抑制。這種智能溫控特性為機(jī)器人在極寒環(huán)境下的穩(wěn)定運行提供了保障。相關(guān)成果已發(fā)表在《Advanced Science》期刊，顯示出國際學(xué)術(shù)界對這一突破的認(rèn)可。
微型化設(shè)計帶來多重優(yōu)勢
基于新型材料研發(fā)的軟體機(jī)器人具有顯著的技術(shù)特點：
1. 低電壓驅(qū)動：僅需72.5V工作電壓，遠(yuǎn)低于同類系統(tǒng)
2. 快速響應(yīng)：結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈敏
3. 模塊化設(shè)計：支持集群協(xié)作和自主重構(gòu)
4. 多功能集成：集運動、吸附、加熱于一體
在毫米尺度空間內(nèi)，這些機(jī)器人能快速連接與分離，完成復(fù)雜的群體協(xié)作任務(wù)。這種微型化、集群化的設(shè)計理念，使其在航空發(fā)動機(jī)檢測等狹小空間作業(yè)中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。
極寒環(huán)境下的卓越表現(xiàn)
在零下50攝氏度的嚴(yán)苛測試中，該機(jī)器人系統(tǒng)表現(xiàn)出色：
- 自主加熱功能確保電子系統(tǒng)正常運行
- 完成巡檢、冰層融化等作業(yè)任務(wù)
- 保持穩(wěn)定的運動性能和吸附能力
這種耐寒特性使其在極地科考、寒區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。特別是在航空領(lǐng)域，能夠勝任發(fā)動機(jī)葉片檢測等傳統(tǒng)機(jī)器人難以完成的任務(wù)。
應(yīng)用前景廣闊
該技術(shù)的突破為極端環(huán)境機(jī)器人研發(fā)提供了新思路，其應(yīng)用潛力包括：
1. 極地科研：支持長期自動化監(jiān)測
2. 航空航天：適用于各類飛行器維護(hù)檢測
3. 智能制造：在特殊環(huán)境下完成精密作業(yè)
4. 災(zāi)害救援：在嚴(yán)寒災(zāi)區(qū)執(zhí)行搜救任務(wù)
研究團(tuán)隊表示，這項技術(shù)還可拓展至電子器件、仿生系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著進(jìn)一步優(yōu)化，這類機(jī)器人有望在更多極端環(huán)境下替代人工，降低作業(yè)風(fēng)險，提高工作效率。
這項由西北工業(yè)大學(xué)牽頭，聯(lián)合香港城市大學(xué)、香港理工大學(xué)共同完成的研究，獲得了國家重點研發(fā)計劃等多個項目的支持?？蒲袌F(tuán)隊在智能材料與機(jī)器人系統(tǒng)的交叉領(lǐng)域取得的這一進(jìn)展，不僅展示了中國在軟體機(jī)器人領(lǐng)域的研究實力，也為解決極端環(huán)境作業(yè)難題提供了中國方案。
未來，隨著材料技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和系統(tǒng)集成度的提高，這類"極地戰(zhàn)士"機(jī)器人有望在更多特殊領(lǐng)域大顯身手，成為人類探索和利用極端環(huán)境的重要助手。
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