應(yīng)用案例

【概述】

2025年上海大學(xué)研究團隊發(fā)布論文《Leech-Inspired Amphibious Soft Robot Driven by High-Voltage Triboelectricity》；研究中使用Aigtek安泰ATA-67110功率放大器，搭建高性能的摩擦電仿生機器人（TEBR）驅(qū)動系統(tǒng)。開發(fā)了一種高性能的摩擦電仿生機器人系統(tǒng)，用于驅(qū)動和控制電響應(yīng)軟機器人。其核心組件包括：一種受水蛭啟發(fā)的軟機器人（LSR），由分段介電彈性體肌肉制成。摩擦電吸盤產(chǎn)生各向異性摩擦力。多通道高壓輸出摩擦電納米發(fā)電機（HDC-TENG）有效地驅(qū)動LSR。適應(yīng)HDC-TENG的高壓摩擦電控制單元實現(xiàn)了靈活的LSR控制。使用介電彈性體肌肉的可擴展結(jié)構(gòu)使LSR在陸地上實現(xiàn)最大爬行速度為每分鐘0.39個身體長度（45毫米每分鐘），并且在液體中每分鐘移動0.22個身體長度（30.5毫米每分鐘）。它在爬行時還可以攜帶11.55克的貨物。這項研究為適用于電響應(yīng)軟機器人的自供電高壓能源提供了一種可持續(xù)且有前景的新解決方案。

實驗名稱：高壓驅(qū)動的仿水蛭軟體機器人

研究方向：介電彈性體軟體機器人

實驗內(nèi)容：本實驗制備了一種受水蛭啟發(fā)的摩擦電軟機器人，實驗中通過ATA-67110高壓放大器測試了軟體機器人的關(guān)鍵指標：1.針對基于VHB的介電彈性體材料的軟體機器人，測試了在不同拉伸比下VHB的擊穿電壓。2.測試了VHB材料的介電彈性體在不同電壓下的阻塞力大小。3.測試靜電差指電極在不同驅(qū)動電壓下對材料表面的靜電吸附性能。通過以上對材料和機器人結(jié)構(gòu)的測試后，再將優(yōu)化后的模型用高壓直流摩擦納米發(fā)電機進行驅(qū)動控制，實現(xiàn)介電彈性體機器人的兩棲運動、攀爬和負重爬行，能夠在陸地上達到每分鐘0.39身長的最大爬行速度和液體中每分鐘0.22體長。

測試設(shè)備：ATA-67110高壓放大器，信號發(fā)生器，示波器，激光位移傳感器，力傳感器等。

實驗過程：

圖：實驗測試系統(tǒng)框架圖

圖：實驗測試系統(tǒng)實物圖

實驗中對比測試了基于高壓直流摩擦納米發(fā)電機TENG和高壓放大器ATA-67110對軟體機器人驅(qū)動性能的影響。TENG僅能在超低頻率下對軟體機器人進行有效驅(qū)動（＜2Hz）,而采用ATA-67110組成的電路能使軟體機器人在10Hz頻率內(nèi)高速運動。值得注意的是，采用高壓放大器驅(qū)動軟體機器人容易使介電彈性體薄膜發(fā)生擊穿，驅(qū)動軟體機器人前需要對其最大耐壓值進行測量。

實驗結(jié)果：

實驗提出了一種高性能的摩擦電仿生機器人（TEBR）驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了一個開路電壓為18kV的多通道高壓直流摩擦電納米發(fā)電機、一個摩擦電控制系統(tǒng)和一個受水蛭啟發(fā)的軟體機器人。TEBR具有靈活的控制能力（通過四通道高壓輸出），穩(wěn)定的高電壓輸出，用戶安全性（只有微安電流）。該機器人由兩個主要部件組成：仿生可變形介電彈性體肌肉（用于身體變形）和兩個摩擦電吸盤（用于基底粘附），通過電壓提供簡單的控制。它可以在各種材料（木材，牛皮紙和丙烯酸）上爬行，并攜帶有效載荷（最大載荷為11.55克）。

靜電吸盤的最大附著力主要取決于施加的電壓，輸入電荷量的影響較小。在摩擦電吸盤達到飽和電壓下，高功率（100W）的高壓放大器和低功率（56.92mW）的摩擦納米發(fā)電機在靜電吸盤中都能提供近似相等的附著力。同時，調(diào)整摩擦納米發(fā)電機參數(shù)，包括轉(zhuǎn)速、輸出通道數(shù)和集電刷中的碳纖維數(shù)量，可以靈活控制摩擦電吸盤的附著力大小。如下圖所示，軟體機器人在摩擦納米發(fā)電機的驅(qū)動下可以在木材，牛皮紙和丙烯酸材料表面爬行或在絕緣油中爬行，甚至攜帶有效載荷。

圖：實驗結(jié)果

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：

1.高電壓輸出能力——為介電彈性體材料提供千伏級驅(qū)動電場

2.穩(wěn)定的低頻響應(yīng)——精準模擬軟體機器人實際工況

3.寬范圍連續(xù)可調(diào)輸出——覆蓋擊穿電壓測試、阻塞力測試和靜電吸附測試全量程

【文獻】Leech-Inspired Amphibious Soft Robot Driven by High-Voltage Triboelectricity

【推薦產(chǎn)品】：ATA-7100高壓放大器

圖：ATA-7100高壓放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)www.dzbanwu.cn或撥打029-88865020。

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