仿生驅動
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
仿生驅動的實例教程
軟體驅動器具有彈性、可連續變形、能順應復雜環境以及具有高的安全性等諸多優勢，在傳感器、可穿戴設備、人造肌肉、生物醫學和能源收集等諸多領域具有廣闊的應用前景。為滿足實際應用的需求（如醫療機器人等），軟體驅動器應同時具備如下特性：（1）小型化以實現對有限密閉空間的最小侵入性訪問；（2）“開”和“關”的狀態具有較大的性能差異，既足夠軟以順應各種幾何環境，又足夠硬以便能執行各種任務；（3）具有優異的驅動性能，如高能量密度、高驅動應變、高驅動應力和大舉重比等；（4）可編程的變形能力。若具備上述特性，軟體驅動器便可在執行任務時（如靶向藥物遞送/釋放和微創手術）靈活地適應可能遇到的復雜和動態環境。然而，受限于設計和制造方法的不足，軟體驅動器往往無法同時滿足上述四個特性。
近日，王立秋教授團隊通過將仿生學設計和微流控技術相結合，實現了 “剛柔并濟”的微型軟體驅動器。仿生設計原理結合了海參真皮和植物卷須的結構和功能特征，分別實現了“剛柔并濟”和可編程形變的獨立調控和協同設計，提高了軟體驅動器的整體性能。液滴微流控技術實現了微纖維型軟體驅動器的精確制備。
圖1. （a-c）仿生驅動器的設計靈感，分別結合了海參真皮（a）和植物卷須（b）的性能；（d）驅動器變形的示意圖；（e）微流控技術用于制備微型驅動器。（a）中海參照片作者為Fran?ois Michonneau，按照CC BY 3.0許可使用，（b）中植物卷須照片作者分別為W. Carter（上，CC0，維基共享資源）和Jon Sullivan（下，維基共享資源）。
展開 圖5 仿生毛細管驅動泵的組成
a) 仿生毛細管驅動泵的組裝過程； b) 4 kW·m-2太陽密度下蒸汽產生圖片。
圖6 仿生毛細管驅動泵的蒸汽產生性能
a) 太陽能蒸汽產生的實驗裝置示意圖；
b,c) 在1個和4.8個太陽強度下，泵的蒸發質量損失；
d) 在一系列光密度下泵的蒸發速率；
e) 在不同光密度下蒸發表面的溫度；
f) 在不同光密度下泵的太陽能-蒸汽轉化效率。
【小結】
研究人員成功地開發了一種基于毛細管現象的高效太陽能蒸汽產生仿生泵。通過沉積三層TiAlON基納米太陽能吸收器于NiO盤的表面，M-NiO的太陽吸收率高達0.97。結合多孔親水性M-NiO盤和一維供水設計，毛細管驅動泵在1個太陽強度下的太陽能-蒸汽轉換效率可達到73%，4個太陽強度下可達到90%。上述易于擴大規模的新設計在太陽能密度較低的情況下具有一定潛在的應用。
文獻鏈接：A bioinspired capillary-driven pump for solar vapor generation (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.039)
內容轉自材料牛
展開 該研究成功實現了智能驅動和變色功能的協同。
圖2 （A）具有復雜驅動和智能變色協同功能的水凝膠“仿生章魚”示意圖；（B）“仿生章魚”在外界環境刺激下的形變-色變協同過程；（C）“仿生章魚”的可逆復原過程
課題組關于智能水凝膠復雜驅動及其與其他智能功能協同的一系列研究，為制備新型的智能水凝膠提供了新思路，推動了智能及仿生系統向更高的智能級別邁進，具有重要的科學意義和巨大的潛在應用價值。
以上工作得到了國家自然科學基金（51773215, 21774138, 21644009）、浙江省自然科學基金(LY17B040003, LY17B040004)、中科院前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）的資助以及中科院青年創新促進會的支持（2017337）。
來源：寧波材料所
展開 軟體機械臂在工業生產、宇航作業，助老助殘、醫療康復，微創手術，復雜環境搜索與探測等領域具有廣闊的應用前景，近年來引起國內外學者和研究機構的廣泛關注，并取得一定進展，如Festo公司的仿生象鼻機器人、圣安娜高等學校研究的仿章魚軟體機械臂、歐盟資助的“FP7 STIFF-FLOP計劃”醫療機械臂、斯坦福大學的仿植物“生長型”軟體機器人等。
章魚臂肌肉結構圖
軟體機械臂的發展涉及仿生學，軟材料科學和機器人學等學科，目前在柔性材料、機器人建模與仿真、傳感與控制、多學科交叉應用等方向也面臨諸多挑戰。哈爾濱工業大學的閆繼宏、石培沛、張新彬、趙杰在《機械工程學報》2018年15期發表的《軟體機械臂仿生機理、驅動及建模控制研究發展綜述》一文中，將從仿生原理及應用、驅動方式、變剛度方式、建模與控制等方面對軟體機械臂的近期研究現狀進行論述，探討軟體機械臂技術研究中的難點、目前存在的問題及未來可能的發展趨勢。
總結與展望
軟體機械臂是軟體機器人領域的一個重要分支，拓展了傳統機械臂的研究方向和應用領域，其研究涉及材料學、仿生、機械設計和制造、傳感器技術等多學科交叉融合。目前關于軟體機械臂的研究主要集中在近幾年，尚處于起步階段，并引起國內外諸多學者及研究機構的廣泛關注，其主要驅動方式包括流體驅動、線驅動、PAM驅動、SMA驅動和EAP驅動等；從變剛度方式上看主要有拮抗作用、阻塞及材料相變三種類型，其中阻塞方式較為容易實現但需要額外驅動機構，拮抗作用實現需要機構的冗余驅動，相變方式能實現的剛度最大，但需要額外物理場進行控制；從建模和控制上看，主要基于分段常曲率和梁理論等剛性體建模方法對軟體機械臂進行運動學及動力學建模，其模型始終不夠精確。
展開 4月14日，復旦大學材料科學系梅永豐教授課題組在《科學·機器人學》（Science Robotics）上發表題為《仿生水黽的自驅動水凝膠》（“Self-powered locomotion of a hydrogel water strider”）的研究工作。博士研究生朱紅為第一作者，梅永豐教授為通訊作者，該工作得到復旦大學高分子科學系和聚合物分子工程國家重點實驗室共享儀器平臺的大力支持。研究團隊從“0”出發，原創性地合成了一種具有動態疏水特征的新型水凝膠智能材料。該水凝膠在水面上可自驅動運動，無需額外能量供給；飽和吸水后該活性水凝膠即停止運動，干燥處理可恢復活力，再次實現自驅動快速水面運動。
圖1.水黽在水面運動的照片（A），運動機理示意圖（圖A左下角插圖）和它運動速率和位移隨時間的變化規律（B）；活性水凝膠水黽在水面運動的照片和軌跡圖（C），運動機理示意圖（圖C左下角插圖）和它運動速率和位移隨時間的變化規律（D）；活性水凝膠水黽在有水的迷宮的水面自發找到出口的運動軌跡照片（E）；刺激響應性活性水凝膠水黽在受到pH刺激變形后靠岸行為的運動軌跡照片（F）及靠岸后的側視照片（圖F右上角插圖）。
研究團隊探索發現其運動機理和自然界的水黽在水面的運動存在共通之處。如圖1A和1C所示，都通過表面張力的差異驅動自身在水面運動；并且如圖1B和1D所示，運動速率的變化規律也非常一致。通過設計活性水凝膠材料的形狀、材料分布的非對稱性和周邊環境的表面親疏水性，研究團隊控制該活性水凝膠材料進行各種可控軌跡和定向的運動，例如模擬球類運動和走出迷宮運動（圖1E）等。
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鈦絲驅動應用案例（NiTiDrivetech）
【前言】
形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態記憶合金、肌肉絲、鎳鈦記憶合金，它是由Ni（鎳）- Ti（鈦）材料組成，經過多道工序制成的絲，財哥簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發生運動。相比于傳統的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。鈦絲驅動技術（nitidrivetech）目前已經在航空航天、醫療
特斯拉、宇樹、智元、云深處、阿童木、新劍、禾川、瑞迪智驅等行業標桿齊聚，現場將集中展示人形機器人整機成品、精密減速器、仿生關節、傳感器等核心部件，以及具身智能、腦機接口、仿生驅動等尖端技術成果，一站式呈現從核心部件到整機落地的全產業鏈解決方案，讓您直觀洞察產業演進全貌！
仿生手-纜繩驅動手 v1.04個月前
仿生手-纜繩驅動手 v1.0
2026年1月
這是一個伺服驅動的手，由4個MG996R伺服電機控制。一根橡皮筋從指關節根部系到指甲，一根細繩繞過手指下方，連接到伺服電機，用于下拉手指。
這是1.0版本，未來還將推出多個版本。未來版本的目標是盡可能地模擬人手的所有自由度運動。
展示內容涵蓋仿生驅動、具身智能、腦機接口等前沿技術及機器人上下游全產業鏈。
依托杭州強大產業背景，政策支持力度空前
杭州市作為國家新一代人工智能創新發展試驗區、人工智能創新應用先導區以及國家人工智能戰略布局重點城市，已形成完整的人形機器人產業鏈和創新生態。當前，杭州正積極推進"一中心一聯盟五平臺"高能級產業創新平臺建設。
進一步開發了基于此類新型智能材料的氣驅動仿生功能（如模擬花朵開合）。
圖2. CCP400-1膜的掃描電鏡圖；CCPs膜的應力-應變曲線.
圖3. a）CCP400-1膜在蒸氣驅動下發生可逆定向彎曲。b）彎曲行為的可逆循化性。
[25] 閆繼宏，石培沛，張新彬，等.軟體機械臂仿生機理、驅動及建模控制研究發展綜述[J].機械工程學報，2018，54(15)：1- 14.
原文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/9786128/
來源：深圳先進院醫工所納米調控中心
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23511-3
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Ed. 2020, 59, 4314 –4319；ChemPlusChem 2020, 85, 1190–1199），最近開發了一類ATP驅動的仿生“競爭”型非平衡態主客體材料體系。
