流体介导双向形状记忆合金促动器在软体机器人中的创新应用与性能优化

来自多领域的研究团队针对软体机器人双向运动难题，开发了配对流体介导双向形状记忆合金（Paired-FBSMA）促动器。该设计通过流体传动与SMA弹簧耦合实现主动双向驱动，实验证明其输出行程与力均超越传统SMA结构，成功应用于软体爬行机器人和多自由度关节，为新一代软体机器人提供了可调谐、高效率的驱动解决方案。

　　

形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）因其高能量密度和紧凑结构特性，成为软体机器人促动器的理想材料，但传统SMA系统在实现有效双向运动方面存在固有局限。为解决这一难题，研究人员提出配对流体介导双向形状记忆合金（Paired Fluid-Mediated Bidirectional SMA, Paired-FBSMA）促动器，通过热驱动SMA弹簧与流体介导的力传递机制相耦合。每个FBSMA单元由流体填充的波纹管和两个并联SMA弹簧构成，两个单元相互连接实现流体交互与主动双向驱动。这种设计不仅支持模块化柔性集成，还能通过调节波纹管内水气比例有效调制输出力与位移行程——含水量越高，形状恢复力越强。大量实验验证表明，Paired-FBSMA促动器在行程和力生成方面均优于传统纯SMA及SMA-波纹管结构。该促动器已成功集成于软体爬行机器人和二自由度关节机构，实现了稳定爬行运动与可重复往复运动。这些成果凸显出Paired-FBSMA促动器在集成至新一代需要紧凑、分布式及高输出驱动的软体机器人系统时，所表现出的多功能性、可调谐性与强大应用潜力。