[00812223]低电压驱动水中多功能微型仿生机器人系统

所属科学技术领域：先进制造技术领域，智能机器人技术专题。立项背景：仿生水下微型机器人技术的研究是世界各国争相投入的前沿课题，但中国在水下微型仿生机器人研究方面与国外尚有较大差距。到目前为止，所有有关小型机器鱼样机的尺寸都达不到毫、厘米级，而且采用马达驱动，具有尺寸大、在水下产生很大噪声、易被水分解、极易被各种常规仪器探测到，同时，国际上的仿生水下机器人技术还无法应用于生物以及生态环境的研究，普通仿生机器人产生的辐射及噪声使其不具备生物亲和性，常规使用会导致生物生态环境受到极大影响，严重制约了仿生学技术在水生物研究领域的应用与发展。因此如何开发一种新型的生物型驱动元器件是首要解决的关键性课题，而该项目正是针对以上的问题进行了研究，并取得了丰富的成果。主要内容：该项目成功研制出新型“生物型”柔性驱动材料ICPF，该材料具有“人工肌肉”之称，同时还具有传感器功能。不同于马达的驱动方式，此材料本体即为驱动器。该驱动器低电压驱动、无水分解，无噪声、无辐射的特点使其具有极强的隐蔽性以及很好的生物亲和力，还未有任何的探测仪器可以探测到。项目中研究了ICPF微驱动器制作技术，所研制出的驱动器是一种生物型驱动器，可实现3V低电压、最大100Hz的驱动方式，本身即是驱动器又是机器鱼体的构成部分之一。该种微驱动器的制作材料是由117Nafion高分子膜两边镀上贵金属电极而成，由离子移动产生弯曲位移。由此技术研发推广出的非马达式微型智能仿生机人，包括了5种以上的三自由度微型智能仿生机器鱼子机：尺寸为国际领先的厘米级；驱动电压为3V以内；续航性(自供电)2小时；负载能力在10-50克之间；最大下潜水深度20m；航行速度10mm/s以上；工作时不产生噪音以及辐射、常规探测设备探测不到，具有智能性及携带各种微型传感器的能力。同时针对其闭环测控系统的研究，将压电薄膜位移传感器应用于驱动器上，集ICPF驱动器/PVDF传感器于一体进行测控，对ICPF驱动器的姿态进行了调控，实现了具有自检测、自调整的仿生微机器鱼闭环测控系统，有效地提高了驱动器的稳定性，实现对ICPF驱动器性能的实时监测。在国际上首次提出微型子母鱼构造技术领域的研究。子机由现有的小型机器鱼母机携带到达指定位置，从母机中弹出，多个子机相互间可实现局部的协调作业，而子母机系统的提出与实现，充分结合了母机续航能力强及子机隐蔽性强的优势，将子机携带到目标区域附近发射后去实现信息获取、局部作业、侦察等特殊用途，有效地解决了子机续航能力弱的缺点，最大限度地发挥了子机的优越特性。