近期，大連理工大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院徐昌一副教授作為共同通訊作者與浙江大學(xué)機(jī)械學(xué)院張超研究員、祝毅教授合作在《自然-通訊》（Nature Communications）發(fā)表研究成果柔性電液動(dòng)力芯片（Flexible electro-hydraulic power chips），通過(guò)模塊化邏輯設(shè)計(jì)思想將多路流體動(dòng)力源“芯片化”，從而實(shí)現(xiàn)小型機(jī)器人系統(tǒng)的多路驅(qū)動(dòng)與復(fù)雜控制及高功率密度輸出。這項(xiàng)技術(shù)或?qū)樾⌒蜋C(jī)器人、可穿戴設(shè)備等提供新的輕量便攜的解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)受電子芯片中晶體管模塊化柔性設(shè)計(jì)的啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了電液動(dòng)力芯片的基礎(chǔ)單元—電液動(dòng)力“二極管”單元（圖1a），并通過(guò)導(dǎo)電材料和絕緣材料協(xié)同的多材料3D打印技術(shù)（圖1b），實(shí)現(xiàn)小型輕量的電液動(dòng)力“二極管”單元的自由制造（圖1c）,該單位通過(guò)電流體動(dòng)力原理可輸出可控的單向流動(dòng)和壓力輸出（圖1d）。此外，電液動(dòng)力“三極管”基礎(chǔ)單元（圖1e）也可進(jìn)一步被制造來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向可控的流動(dòng)和壓力輸出（圖1f-h）。

圖1 柔性電液動(dòng)力晶體管的設(shè)計(jì)、制造與功能

同時(shí)，基于電液動(dòng)力“二極管”和“三極管”單元，可實(shí)現(xiàn)電液動(dòng)力芯片的擴(kuò)展設(shè)計(jì)與制造（圖2）。（1）二維平面單流道設(shè)計(jì)：電液動(dòng)力晶體管單元可擴(kuò)展為平面內(nèi)單流道內(nèi)的串聯(lián)和并聯(lián)設(shè)計(jì)與制造，實(shí)現(xiàn)流體動(dòng)力的流量和壓力的增加，并可通過(guò)高度的可控打印實(shí)現(xiàn)流道高度方向提高；（2）二維平面多流道設(shè)計(jì)：電液動(dòng)力晶體管單元可擴(kuò)展為平面內(nèi)多交叉流道或多獨(dú)立流道的設(shè)計(jì)；（3）三維體積多流道設(shè)計(jì)：電液動(dòng)力晶體管單元可擴(kuò)展為體積內(nèi)多流道設(shè)計(jì)。因此，通過(guò)電液動(dòng)力芯片的“點(diǎn)-線-面-體”全方位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可滿足不同流體動(dòng)力系統(tǒng)的精密調(diào)控需求。

圖2 電液動(dòng)力芯片的“點(diǎn)-線-面-體”全方位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

最后，研究團(tuán)隊(duì)將不同的流體動(dòng)力芯片用于多回路可穿戴熱管理設(shè)備與小型水母機(jī)器人等案例展示了電液動(dòng)力芯片的的傳熱傳質(zhì)和精密調(diào)控能力：（1）多回路可穿戴設(shè)備：將五流路電液動(dòng)力芯片嵌入穿戴式手套（圖3a），配合半導(dǎo)體冷卻源，可實(shí)現(xiàn)任意手指的選擇性冷卻（圖3d-h）；（2）仿生水母機(jī)器人：將4個(gè)獨(dú)立電液動(dòng)力芯片嵌入水母機(jī)器人來(lái)驅(qū)動(dòng)“觸手”周期性伸縮（圖4a-d），使其快速游動(dòng)（圖4e）。

圖3 電液動(dòng)力芯片驅(qū)動(dòng)的穿戴式手套

圖4 電液動(dòng)力芯片驅(qū)動(dòng)的小型水母機(jī)器人