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      机器人技术与系统国家重点实验室刘英想教授团队在Wiley旗下智能系统领域旗舰期刊（Advanced Intelligent Systems）发表了题为《受节肢动物分节现象启发的微小型谐振式六足压电机器人》（Arthropod-metamerism-inspired resonant piezoelectric millirobot）的学术论文，该研究受节肢动物分节现象启发，提出了一种微小型谐振式六足压电机器人，其兼顾了快速运动、高分辨力和运动灵活性强等优异特性，在核辐射、电磁干扰等极端环境的精密检测和运输等领域有着潜在的应用前景。哈尔滨工业大学刘英想教授、博士生李京和博士后邓杰为论文共同***作者，刘英想教授为论文通讯作者，该项研究工作得到了国家自然科学基金项目（项目编号：U1913215和51622502）的资助。

▍研究背景

微小型移动机器人由于其体积小，重量轻和运动灵活等特点而具有许多优势，近年来成为机器人技术研究发展的热门方向之一。它们不仅可以在大型机器人或人无法到达的狭窄空间中移动和操作，而且可以在无法承受重载的环境中进行部署和应用。

这些特性使它们有潜力应用于生物工程、军事侦察、能源探测、显微操作等诸多领域。

传统的微型机器人大多采用电磁驱动方法，但是它们的结构相对复杂；通常使用传动系统来实现速度转换，限制了微小型化设计。

随着新型智能材料的迅速发展，包括压电陶瓷、形状记忆合金、介电弹性体等新型智能材料逐渐应用到微小型多足机器人的研制中来。

其中，基于介电弹性体驱动的微小型移动机器人通常需要高电压来实现驱动，且高应变驱动下可靠性和耐用性较差。

形状记忆合金机器人通常需要较长时间才能冷却，带宽受限，负载能力和响应速度相对较差。磁致伸缩机器人需要庞大的设备才能产生外部磁场源，并且容易受到电磁干扰。

此外，已经开发了由光和热驱动的微小型移动机器人，但响应较慢，输出速度有限。压电材料具有响应速度快，分辨率高，功率密度高，无电磁干扰等诸多优点，有利于实现移动机器人的小型化设计和提高其输出特性。

目前，已经成功开发了许多基于压电陶瓷驱动的微小型移动机器人，但是它们仅选择性地展现了小型化，快速运动，高分辨力，良好的鲁棒性和高敏捷性等性能中的两种或三种特性。小型化、快速运动、高分辨力、高灵敏性和良好的适应性是移动机器人设计中相对矛盾的特性，兼顾这些性能是一项极具挑战性的研究工作，有利于拓宽微小型移动机器人的应用范围。

▍创新研究

受自然界中节肢动物分节现象的启发，研究人员提出了一种类似节肢动物单个体节的压电腿基本构型；采用了足腿一体化设计的方案并详细分析了压电腿的驱动原理；针对驱动原理需求，确定了压电陶瓷片的极化方向、布置方式以及所需激励方案。

本文摘自：网络 日期：2021-08-31
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