介电弹性体致动器（DEAs）是一类特殊的人造肌肉，已被用于构建类似动物的软机器人系统。然而，与最先进的刚性致动器（如压电双晶片和电磁电机）相比，大多数DEAs需要更高的驱动电压，其功率密度和寿命仍然大大降低。这些局限性为开发灵活的、有动力的自主软机器人带来了重大挑战。
基于此，麻省理工学院陈宇峰教授报道了通过一种新的多层制造方法和电极材料优化，开发出一种低电压、长耐力和功率密集的DEA。
文章要点
1）通过改进旋转涂层和真空过滤工艺，实现了高质量的10 µm弹性体薄膜和导电SWCNTs电极。通过这种方法，研究人员展示了一个20层、143毫克的DEA，可以在400 Hz和500 V下工作超过200万次循环。DEA的功率密度、驱动电压和寿命可与类似尺寸的压电双晶片等刚性致动器相媲美。
2）在此基础上，建立了动力学模型和空气动力学模型，设计了一种新型的亚克软式空中机器人。该机器人表现出3.7的高升重比，与最好的刚性动力FWMAV相似。研究人员进一步研制了一个4-DEA、680毫克的软式空中机器人，用于悬停飞行演示。机器人飞行20 s，最大位姿误差分别为2.5 cm和2°。据了解，这是亚克级飞行机器人中飞行时间最长、表现最好的一次。研究表明，中尺度DEAs可以在1 kV以下工作，同时具有高功率密度和长寿命的特点。
这项研究代表了软式飞行机器人朝着实现动力自主飞行迈出的重要一步。
参考文献
Zhijian Ren, et al, A High-Lift Micro-Aerial-Robot Powered by Low-Voltage and Long-Endurance Dielectric Elastomer Actuators, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202106757
https://doi.org/10.1002/adma.202106757
