应用案例

【概述】

2025年上海大学研究团队发布论文《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，搭建高性能的摩擦电仿生机器人（TEBR）驱动系统。开发了一种高性能的摩擦电仿生机器人系统，用于驱动和控制电响应软机器人。其核心组件包括：一种受水蛭启发的软机器人（LSR），由分段介电弹性体肌肉制成。摩擦电吸盘产生各向异性摩擦力。多通道高压输出摩擦电纳米发电机（HDC-TENG）有效地驱动LSR。适应HDC-TENG的高压摩擦电控制单元实现了灵活的LSR控制。使用介电弹性体肌肉的可扩展结构使LSR在陆地上实现最大爬行速度为每分钟0.39个身体长度（45毫米每分钟），并且在液体中每分钟移动0.22个身体长度（30.5毫米每分钟）。它在爬行时还可以携带11.55克的货物。这项研究为适用于电响应软机器人的自供电高压能源提供了一种可持续且有前景的新解决方案。

实验名称：高压驱动的仿水蛭软体机器人

研究方向：介电弹性体软体机器人

实验内容：本实验制备了一种受水蛭启发的摩擦电软机器人，实验中通过ATA-67110高压放大器测试了软体机器人的关键指标：1.针对基于VHB的介电弹性体材料的软体机器人，测试了在不同拉伸比下VHB的击穿电压。2.测试了VHB材料的介电弹性体在不同电压下的阻塞力大小。3.测试静电差指电极在不同驱动电压下对材料表面的静电吸附性能。通过以上对材料和机器人结构的测试后，再将优化后的模型用高压直流摩擦纳米发电机进行驱动控制，实现介电弹性体机器人的两栖运动、攀爬和负重爬行，能够在陆地上达到每分钟0.39身长的最大爬行速度和液体中每分钟0.22体长。

测试设备：ATA-67110高压放大器，信号发生器，示波器，激光位移传感器，力传感器等。

实验过程：

图：实验测试系统框架图

图：实验测试系统实物图

实验中对比测试了基于高压直流摩擦纳米发电机TENG和高压放大器ATA-67110对软体机器人驱动性能的影响。TENG仅能在超低频率下对软体机器人进行有效驱动（＜2Hz）,而采用ATA-67110组成的电路能使软体机器人在10Hz频率内高速运动。值得注意的是，采用高压放大器驱动软体机器人容易使介电弹性体薄膜发生击穿，驱动软体机器人前需要对其最大耐压值进行测量。

实验结果：

实验提出了一种高性能的摩擦电仿生机器人（TEBR）驱动系统，该系统集成了一个开路电压为18kV的多通道高压直流摩擦电纳米发电机、一个摩擦电控制系统和一个受水蛭启发的软体机器人。TEBR具有灵活的控制能力（通过四通道高压输出），稳定的高电压输出，用户安全性（只有微安电流）。该机器人由两个主要部件组成：仿生可变形介电弹性体肌肉（用于身体变形）和两个摩擦电吸盘（用于基底粘附），通过电压提供简单的控制。它可以在各种材料（木材，牛皮纸和丙烯酸）上爬行，并携带有效载荷（最大载荷为11.55克）。

静电吸盘的最大附着力主要取决于施加的电压，输入电荷量的影响较小。在摩擦电吸盘达到饱和电压下，高功率（100W）的高压放大器和低功率（56.92mW）的摩擦纳米发电机在静电吸盘中都能提供近似相等的附着力。同时，调整摩擦纳米发电机参数，包括转速、输出通道数和集电刷中的碳纤维数量，可以灵活控制摩擦电吸盘的附着力大小。如下图所示，软体机器人在摩擦纳米发电机的驱动下可以在木材，牛皮纸和丙烯酸材料表面爬行或在绝缘油中爬行，甚至携带有效载荷。

图：实验结果

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1.高电压输出能力——为介电弹性体材料提供千伏级驱动电场

2.稳定的低频响应——精准模拟软体机器人实际工况

3.宽范围连续可调输出——覆盖击穿电压测试、阻塞力测试和静电吸附测试全量程

【文献】Leech-Inspired Amphibious Soft Robot Driven by High-Voltage Triboelectricity

【推荐产品】：ATA-7100高压放大器

图：ATA-7100高压放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

原文链接：https://www.aigtek.com/news/4740.html