應用案例

【概述】

2025年上海交通大學研究團隊發布論文《An Ultrasonic Microrobot Enabling Ultrafast Bidirectional Navigation in Confned Tubular Environments》；研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高壓放大器，搭建微型壓電機器人在狹窄管道環境中的測試系統。研究中介紹了一種超聲波微機器人（重量，80mg；尺寸，24mm?×?7mm；厚度，210μm），以實現狹窄管道中的靈活和雙向導航。該機器人的超薄結構設計是通過基于MEMS技術的高性能壓電復合薄膜微結構實現的。當由超聲頻率信號驅動時，機器人表現出多種振動模式，其運動速度可達81cms^?1頻率高達54.8kHz，超過最快的壓電微機器人，其前進和后退方向可通過頻率調制進行控制，而初始移動的最低驅動電壓可以低至3VP-P。此外，該機器人可以輕松爬上24.25°的斜坡，并攜帶超過自身重量36倍的負載。機器人能夠靈活地通過彎曲的L形管道、由各種材料（丙烯酸、不銹鋼和聚氯乙烯）制成的管道，甚至可以在水面上移動。為了進一步展示其檢查能力，將一個微型內窺鏡相機集成到機器人中，使其能夠在玻璃管道內部進行實時圖像捕捉。

實驗名稱：狹窄管道環境中高速雙向導航的微型壓電機器人研究

研究方向：微型壓電機器人

實驗內容：設計了一種由高性能壓電復合薄膜組成的微型機器人，該機器人重量僅有0.08g，厚度僅有210um，得益于超薄的結構優勢和壓電性能，在超聲頻率驅動下，該機器人能夠在管徑為9mm-27mm的狹窄管道中實現快速雙向導航，機器人只需要3Vpp的驅動電壓即可實現穩定運動，同時在爬坡（24.25°）以及負載能力（超過自重36倍）等方面表現出色。它還能在彎曲的L型管道、不同材質的管道中以及充滿水的表面上靈活移動。最后在機器人上安裝微型移動攝像頭，實時記錄其在玻璃管道內的導航運動。

測試設備：信號發生器、ATA-2022B高壓放大器、示波器、多普勒激光測振儀、高精度數字萬用表、光學相機等。

實驗過程：

圖1：實驗測試系統裝置圖

在超聲驅動頻率范圍內，微型壓電機器人會呈現出復雜的高階運動模態，在與管道內壁的接觸摩擦作用下實現快速的運動能力，當更換驅動頻率時，運動模態也發生變化，可以進一步更改機器人在管道內的運動方向。為了進一步探究微型機器人的運動性能，利用信號發生器、ATA-2022B高壓放大器、示波器以及光學相機等搭建了測試平臺。

實驗結果：

圖：實驗結果

實測發現，當驅動頻率為48kHz時，微型機器人在管道內表現出向后運動，當切換頻率到54.8kHz時，機器人表現出向前運動；同時更換管道類型（彎曲管道和不同材質管道），發現機器人在其中均可通過調控驅動頻率實現雙向高速運動；最后演示了我們的機器人在水面上快速移動的能力。

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

1.寬頻帶覆蓋與高頻響應——支撐頻率切換實現雙向導航的核心技術保障

2.高電壓輸出與低失真——實現爬坡與大負載能力的驅動保障

3.數控增益精密可調與實時監測——支持精細化運動控制與實驗數據可靠性

【文獻】An Ultrasonic Microrobot Enabling Ultrafast Bidirectional Navigation in Confned Tubular Environments

【推薦產品】：ATA-2022B高壓放大器

圖：ATA-2022B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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