智能軟材料作為一種新型功能化材料,近年來(lái)得到了快速發(fā)展,利用智能軟材料制作的各種柔性器件也逐漸發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。其中的介電高彈體,有著輕質(zhì)量、大變形、低噪音等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于人工肌肉和軟體機(jī)器人領(lǐng)域,因此科研人員制造了各種基于介電高彈體的柔性器件,有驅(qū)動(dòng)器、人造抓手、能量收集器、仿生機(jī)器、傳感器等。
一般人們利用介電高彈體的電響應(yīng)性能,這種材料在兩個(gè)表面涂上柔性電極,當(dāng)施加沿薄膜厚度方向的電壓時(shí),薄膜厚度會(huì)下降,表面積就相應(yīng)增大,待電場(chǎng)消失后恢復(fù)到初始狀態(tài)。這主要是由于施加的電壓使得薄膜上下兩端產(chǎn)生了電場(chǎng)力,驅(qū)動(dòng)薄膜厚度和面積變化。這樣,在加電-不加電的操作下就會(huì)實(shí)現(xiàn)薄膜的擴(kuò)張-收縮狀態(tài),同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力,利用這些驅(qū)動(dòng)性能可以制作出各種不同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器件,進(jìn)行實(shí)現(xiàn)特定的功能。最關(guān)鍵的是介電高彈體沒(méi)有噪音,環(huán)境適應(yīng)性好,而驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大噪音,這也是介電高彈體作為人工肌肉最重要的因素。
一般而言,一個(gè)完整的柔性器件包括驅(qū)動(dòng)框架和結(jié)構(gòu)框架兩部分組成,整體的結(jié)構(gòu)形狀須要根據(jù)既定的運(yùn)動(dòng)形式而定。驅(qū)動(dòng)框架就是介電高彈體的放置區(qū)域,有橢圓形、矩形等形狀,主要用于驅(qū)動(dòng)整體器件;結(jié)構(gòu)框架是除驅(qū)動(dòng)框架外的所有結(jié)構(gòu)件,可以是柔性材料也可以是硬質(zhì)材料,具體的結(jié)構(gòu)形狀需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)效果來(lái)設(shè)計(jì),目的是達(dá)到最佳的參數(shù)設(shè)定,從而實(shí)現(xiàn)最佳的功能效果。