新型压电驱动与传感一体化软体机器人的设计与应用研究

《Advanced Materials Technologies》：A Novel Piezoelectric-Driven and Sensing Soft Robot

为解决软体机器人缺乏本征感知能力的问题，研究人员开发出基于PVDF/Cu压电材料的柔性驱动器与不对称弧状腿结构的软体机器人。该研究通过有限元仿真与实验验证，发现其运动性能受结构尺寸、电压参数(200 Vpp、≈100.56 Hz共振频率)显著影响，可实现爬坡、越障及负重功能，并利用逆压电效应实现机械波信号感知，为结构健康监测和智能微机器人提供了新思路。

　　

这项研究突破性地将压电驱动与传感功能集成于软体机器人系统。采用聚偏氟乙烯/铜(PVDF/Cu)基压电柔性驱动器，配合非对称弧型双足结构，通过简易低成本的工艺实现制备。有限元分析揭示其运动特性与结构参数(11 mm主体长度、6 mm后腿、4 mm前腿)及电信号(200 V_pp、≈100.56 Hz共振频率)存在显著相关性。该机器人不仅具备斜坡攀爬、障碍物穿越和载荷运输等运动能力，更创新性地利用逆压电效应实现机械振动信号检测——仿生蜘蛛感知蛛网振动的机制，通过解析波形振幅可精准识别激励源。这种融合驱动与感知的双重功能，为结构健康监测(SHM)、环境智能感知以及微型机器人系统开辟了新途径，特别是在非结构化环境中的自主交互检测方面展现出独特优势。