高壓放大器在仿水蛭軟體機器人中的應用
【概述】
2025年上海大學研究團隊發布論文《Leech-Inspired Amphibious Soft Robot Driven by High-Voltage Triboelectricity》；研究中使用Aigtek安泰ATA-67110功率放大器，搭建高性能的摩擦電仿生機器人（TEBR）驅動系統。開發了一種高性能的摩擦電仿生機器人系統，用于驅動和控制電響應軟機器人。其核心組件包括：一種受水蛭啟發的軟機器人（LSR），由分段介電彈性體肌肉制成。摩擦電吸盤產生各向異性摩擦力。多通道高壓輸出摩擦電納米發電機（HDC-TENG）有效地驅動LSR。適應HDC-TENG的高壓摩擦電控制單元實現了靈活的LSR控制。使用介電彈性體肌肉的可擴展結構使LSR在陸地上實現最大爬行速度為每分鐘0.39個身體長度（45毫米每分鐘），并且在液體中每分鐘移動0.22個身體長度（30.5毫米每分鐘）。它在爬行時還可以攜帶11.55克的貨物。這項研究為適用于電響應軟機器人的自供電高壓能源提供了一種可持續且有前景的新解決方案。
實驗名稱：高壓驅動的仿水蛭軟體機器人
研究方向：介電彈性體軟體機器人
實驗內容：本實驗制備了一種受水蛭啟發的摩擦電軟機器人，實驗中通過ATA-67110高壓放大器測試了軟體機器人的關鍵指標：1.針對基于VHB的介電彈性體材料的軟體機器人，測試了在不同拉伸比下VHB的擊穿電壓。2.測試了VHB材料的介電彈性體在不同電壓下的阻塞力大小。3.測試靜電差指電極在不同驅動電壓下對材料表面的靜電吸附性能。通過以上對材料和機器人結構的測試后，再將優化后的模型用高壓直流摩擦納米發電機進行驅動控制，實現介電彈性體機器人的兩棲運動、攀爬和負重爬行，能夠在陸地上達到每分鐘0.39身長的最大爬行速度和液體中每分鐘0.22體長。
測試設備：ATA-67110高壓放大器，信號發生器，示波器，激光位移傳感器，力傳感器等。
實驗過程：
圖：實驗測試系統框架圖
圖：實驗測試系統實物圖
實驗中對比測試了基于高壓直流摩擦納米發電機TENG和高壓放大器ATA-67110對軟體機器人驅動性能的影響。TENG僅能在超低頻率下對軟體機器人進行有效驅動（＜2Hz）,而采用ATA-67110組成的電路能使軟體機器人在10Hz頻率內高速運動。值得注意的是，采用高壓放大器驅動軟體機器人容易使介電彈性體薄膜發生擊穿，驅動軟體機器人前需要對其最大耐壓值進行測量。
實驗結果：
實驗提出了一種高性能的摩擦電仿生機器人（TEBR）驅動系統，該系統集成了一個開路電壓為18kV的多通道高壓直流摩擦電納米發電機、一個摩擦電控制系統和一個受水蛭啟發的軟體機器人。TEBR具有靈活的控制能力（通過四通道高壓輸出），穩定的高電壓輸出，用戶安全性（只有微安電流）。該機器人由兩個主要部件組成：仿生可變形介電彈性體肌肉（用于身體變形）和兩個摩擦電吸盤（用于基底粘附），通過電壓提供簡單的控制。它可以在各種材料（木材，牛皮紙和丙烯酸）上爬行，并攜帶有效載荷（最大載荷為11.55克）。
靜電吸盤的最大附著力主要取決于施加的電壓，輸入電荷量的影響較小。在摩擦電吸盤達到飽和電壓下，高功率（100W）的高壓放大器和低功率（56.92mW）的摩擦納米發電機在靜電吸盤中都能提供近似相等的附著力。同時，調整摩擦納米發電機參數，包括轉速、輸出通道數和集電刷中的碳纖維數量，可以靈活控制摩擦電吸盤的附著力大小。如下圖所示，軟體機器人在摩擦納米發電機的驅動下可以在木材，牛皮紙和丙烯酸材料表面爬行或在絕緣油中爬行，甚至攜帶有效載荷。
圖：實驗結果
安泰放大器在此應用中的產品優勢：
1.高電壓輸出能力——為介電彈性體材料提供千伏級驅動電場
2.穩定的低頻響應——精準模擬軟體機器人實際工況
3.寬范圍連續可調輸出——覆蓋擊穿電壓測試、阻塞力測試和靜電吸附測試全量程
【文獻】Leech-Inspired Amphibious Soft Robot Driven by High-Voltage Triboelectricity
【推薦產品】：ATA-7100高壓放大器
圖：ATA-7100高壓放大器指標參數
本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。
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