用于微尺度生物基游离纤维界面粘附特性分析的自动化机器人剥离平台

《IEEE Robotics & Automation Magazine》：Automated Robotics Peeling Platform for the Interfacial Adhesion Characterization of Micro-scale Free Elementary Bio-based Fibers

剥离测试生物基纤维微观力学特性研究首次实现实验平台开发，采用微夹具、双微力传感器及低摩擦导向系统，在亚麻和网状纤维中测得界面粘附力0.26±0.13mN/m2，揭示纤维微观结构与粘附强度的相关性，为生物基复合材料研发提供新方法。

　　

摘要：

本文重点介绍了一种实验平台的研究与开发。据作者所知，该平台首次实现了对生物基纤维的剥离测试。这些纤维的直径非常小，仅几十微米，并且没有固定在任何基底上。纤维之间的界面粘附力尚未被量化，同时进行此类测试需要较大的运动幅度（m）。为了解决这些挑战，研究人员采用了一种微机器人技术，该技术结合了微型夹持器、两个微力传感器、低摩擦导向系统以及两个同步的微定位平台。本文详细阐述了该机器人平台的工作原理、校准方法、测量流程以及自动化实验测试流程。通过这些测试，首次量化了剥离力的典型大小，其数值约为10m牛顿（N），相应的界面粘附力为0.26±0.13m/m牛顿/米（N/m）。通过对大麻纤维和荨麻纤维的实验测试，证明了该技术的通用性。此外，这些研究还揭示了纤维微观结构与其粘附强度之间的关联，为进一步分析植物纤维的粘附机制提供了基础，这对于生物基复合材料的发展以及仿生学原理的研究具有重要意义。