韩国开发出用于下一代机器人的快速可逆智能致动器，无需电机

这种混合致动器结合了形状记忆合金与形状记忆聚合物，克服了恢复缓慢和单向限制，实现了精确、可重复的形状变化。

韩国研究人员公布了一项智能材料领域的突破性成果，该成果有望改变航天、机器人及可展开结构等领域。

韩国科学技术院（KAIST）的一个研究团队开发出了一种双向形状记忆混合致动器，该致动器无需依赖传统电机，即可实现快速可逆的运动。

与通常笨重且机械结构复杂的传统系统不同，这种轻质材料能对热等外部刺激做出响应。

据研究人员称，他们的设计使该材料能在不到一秒的时间内改变形状并恢复到原始形态，这为高效、下一代驱动技术开辟了新的可能性。

可逆形状致动器

形状记忆材料（SMM）正逐渐成为传统电机驱动系统的有前景的替代方案，特别是在对减轻重量和降低复杂性至关重要的航空航天和机器人领域。

这些材料能响应热或电等外部刺激而改变形状，从而提供更高效、更紧凑的驱动方式。然而，现有的大多数形状记忆材料都受限于单向、不可逆的运动，这使得重复使用变得困难，并降低了其在动态应用中的实用性。

为实现可逆的双向驱动，研究人员已开发出诸如半结晶网络和液晶弹性体等系统，这些系统依赖于在施加应力下的结构排列。虽然像互穿聚合物网络这类较新的无应力方法能实现可逆运动，但它们通常缺乏要求苛刻的结构应用所需的机械强度。

为应对这些挑战，研究人员设计了一种混合复合致动器，它将形状记忆合金（SMA）与形状记忆聚合物（SMP）结合在一起。形状记忆合金提供可靠的热恢复能力，而形状记忆聚合物则提供灵活、可响应刺激的形变能力。该团队通过改变形状记忆聚合物的化学组成并加入碳纤维进行增强，进一步提升了其性能，增加了刚度和耐久性。

此外，设计中还融入了一种受卷尺弹簧启发的结构，实现了一种“突跳”机制。这使得变形过程中储存的能量能够快速释放，从而实现更快的驱动速度和更高的精度。这些创新共同实现了连贯、可重复的运动，使该致动器非常适合先进的工程应用和下一代机器人系统。

先进机器人材料

这种新设计的致动器实现了完整的双向运动，加热时弯曲，冷却时恢复到平坦状态。

研究人员强调，该致动器的变形范围显著更大，形状恢复率接近100%，同时其工作速度达到亚秒级。该致动器的可逆变形范围是传统材料的8.6倍，反向恢复速度是传统材料的4.9倍。

该致动器在重复循环中能保持一致的性能，无需复杂的控制系统，这解决了传统形状记忆材料长期存在的局限性。这种速度、精度和耐用性的结合，标志着向实际应用迈出了重要一步。

该研究团队声称，这项技术可应用于多个领域，包括需要重复运动的机器人抓手，以及对轻量级、可靠驱动系统至关重要的太空任务可展开结构。

该研究的负责人、韩国科学技术院机械工程系的金成秀教授在发布的一份声明中表示：“这项研究通过原创性的结构设计，克服了材料的物理限制，将形状记忆致动器的性能提升到了一个新的水平。”

该论文发表于《先进功能材料》期刊。

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