杨洪教授课题组研发高性能仿弹尾虫软跳跃机器人

日前，东南大学智能材料研究院、化学化工学院杨洪教授课题组在光控软驱动器研究领域取得重要进展，开发了一种具有卓越跳跃性能的软体机器人。研究成果于近日发表在国际顶级期刊《德国应用化学》上，并被选为VIP论文。


跳跃是动物的一种高效运动方式，能使其快速地移动、跨越障碍、躲避天敌。受自然界生物体的启发，科学家们研发了大量的跳跃机器人。然而，目前已开发的软跳跃机器人在跳跃高度、距离、速度、连续跳跃能力等方面存在众多缺陷，因此，开发能够连续跳跃的高性能软机器人具有重要的科学意义。杨洪教授课题组受弹尾虫（Springtail）跳跃方式的启发，基于弹弓弹射原理，设计了一种具有荷包折（Three-leaf panel fold）结构的液晶弹性体基软跳跃机器人。相比于前人发展的热、光、气、电、磁、溶剂驱动的跳跃机器人，该软体机器人具有更为优异的跳跃能力，其最大跳跃高度和跳跃距离分别达到了自身长度的87倍和65倍（相当于一个成人，一跃达到50层楼的高度），而且能够在不同环境条件下实现连续跳跃。

当近红外光照射该液晶弹性体基荷包折条带的内折叠部分时，内折叠部分会展开，但是会被外折叠部分阻挡，形成储能结构；当条带外折叠部分无法阻止内折叠的展开时，条带存储的应变能瞬间得到释放，从而实现跳跃运动。课题组通过有限元模拟分析了这种荷包折条带的跳跃过程，与实验结果一致：在近红外光照下，荷包折条带首先展开，形成弹指结构并存储能量，接着由于重心发生变化，导致条带发生翻转，最后突然释放储存的能量并产生跳跃运动。课题组还进一步通过改变光强、荷包折条带的尺寸以及折痕角度，实现了对软跳跃机器人的跳跃性能和跳跃方向的调控，并演示了该液晶弹性体基软跳跃机器人在复杂环境中（如台阶、粗糙表面）的连续跳跃。

该工作得到了国家自然科学基金和科技部重点研发计划的资助，论文第一作者为化学化工学院博士研究生胡俊，通讯作者为杨洪教授，东南大学为唯一单位。

论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202218227