韩国人把一种用来给下一代机器人干活的快速可逆智能致动器给做出来了,它不用靠电机就能动。这种混合致动器把形状记忆合金(SMA)和形状记忆聚合物(SMP)弄到了一起,解决了恢复慢和只能往一个方向动的老毛病,能把形状变个准。金成秀教授带着韩国科学技术院(KAIST)机械工程系的团队搞出了个大新闻,说他们弄出了一个双向形状记忆混合致动器,既不用依赖老式的机械电机,还能飞快地来回变化。 跟以前那些又笨又重、结构复杂的老系统不一样,这新材料很轻巧,能对外面的热或者别的刺激做出反应。研究员们吹牛皮说,他们设计的这个东西能在不到一秒钟里头改变形状又变回原样,这就给以后造高效驱动机器开辟了新路子。形状记忆材料(SMM)本来就被当成了替代传统电机的好苗子,特别是在太空还有机器人这种对减重和简化结构要求特别高的地方。这些材料本来能靠热或者电来变个样儿,让驱动系统更紧凑更高效。 不过以前大多数的形状记忆材料都有个硬伤,就是只能单向动还回不去头,这就搞得没法老重复用,在动态应用里也不太好使。为了能往两边倒着跑,研究人员试了好多种办法。比如用半结晶网络或者液晶弹性体之类的东西靠拉劲儿让它排列好;还有那种互穿聚合物网络这种没应力的新法子能来回跑,但通常没那个劲儿撑得住苛刻的活儿。 为了搞定这些难题,研究人员最后把形状记忆合金和形状记忆聚合物混在一块儿成了复合致动器。合金负责把热度转化为恢复力,聚合物负责灵活地听指令形变。团队还通过改改聚合物的化学配方、往里加点碳纤维来增强它,让它变硬了更耐用。设计里还加了个跟卷尺弹簧似的结构弄出个“突跳”机制,把变形存下的劲儿一下子放出来,速度更快也更准。 这种设计把连贯和重复的动作都搞定了,特别适合现在的先进工程和以后的机器人用。新设计的致动器能完全两头倒着跑:加热的时候弯一弯,冷了以后就平了。他们特意强调过说这个东西弯得特别多、恢复得特干净(接近100%),干活的速度也快得吓人(亚秒级)。它能弯曲的范围是老材料的8.6倍快,恢复的速度也是4.9倍快。 这东西在重复干活的时候也挺稳定不用搞那么多复杂的控制系统。这种速度、精度加上耐造的特性加一块儿说明它离实用又近了一步。金教授在新闻里也说了:“我们这次通过原创的结构设计打破了材料的物理限制,把形状记忆致动器的水平推到了新高度。”这篇论文发在了《先进功能材料》上面。