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  無人飛行器（UAV）具有高性價比、超視距觀測、操控簡便等特點，可替代人類執行各類挑戰性任務，在跟蹤/監視、物體輸運和緊急救援等方面具有重要的應用潛力；尤其是具備寄居功能的無人機可以附著在目標表面，有助于突破無人機功耗高、續航短的瓶頸，實現有限機載能源下的長時間持續作業。然而，目前寄居無人機主要附著在靜態或準靜態目標表面，難以應用于移動目標物體，極大限制了無人機作業的作業范圍。如果無人機能夠寄居在動態目標表面，利用移動目標完成無人機自身任務，將極大拓展無人機的任務執行場景，是無人機研究的創新思路。

電致動智能粘附結構及其仿生機制

圖1 一種基于電致動智能粘附結構的寄居機器人

液晶彈性體人工肌肉力學性能

圖2 三明治狀人工肌肉的致動與變形特性

電致動智能粘附結構的粘/脫轉化行為自主感知

圖3 電致動智能粘附結構的粘/脫轉化自主感知

  當無人機在目標目標表面降落著陸時，通常會產生界面對接沖擊力，極大影響無人機的寄居效果。在此，研究團隊提出的電致動智能粘附結構中的離散化人工肌肉和微尺度粘附結構，可以有效地吸收界面對接沖擊能，從而抑制結構振動和回彈，保障無人機的寄居動作穩定性。同時，由于離散化人工肌肉陣列有效降低了智能粘附結構的整體剛度，增加了系統柔韌性，電致動智能粘附結構對弓形面、波紋面等非平整表面仍表現出良好的接觸適應性，亦對不同材質、不同粗糙度目標表面表現出優異的粘附性能，極大拓展了無人機的寄居表面類型。

圖4 電致動智能粘附結構的能量吸收和接觸適應性

電致動智能粘附結構在寄居無人機中的集成應用

  研究團隊利用3D打印的裝配支架將電致動智能粘附結構置放于無人機底部或頂部。若電致動智能粘附結構安裝在無人機底部，其能夠穩定在附著在移動的車頂（在車輛急加速、急減速、急轉彎、顛簸路段均表現處優異的附著特性），并可實時感知反饋著陸-寄居-復飛動作；若智能粘附結構安裝在無人機頂部，其既能在傾斜目標的下表面寄居，亦可在天花板的負平面穩定附著，同時利用柔性傳感器實時感知無人機寄居狀態；為無人機的自適應穩定寄居提供了創新途徑。

圖5 寄居無人機應用展示

  研究團隊提出的基于電致動智能粘附結構的寄居無人機，利用仿生粘附結構替代傳統負壓吸附、電磁吸附等界面附著方式，有助于減輕無人機負載重量；利用人工肌肉靈活、可控的變形能力，取代傳統的剛性結構和電機，有助于簡化驅動控制系統；利用集成設計的自感知功能，有助于在不影響寄居功能前提下實現無人機的自主控制；是粘附/傳感/致動一體化結構在無人機寄居領域的新嘗試。更為重要的是，電致動智能粘附結構可與大多數商用無人機直接集成，若將其安裝于水下航行器，能夠進一步豐富寄居機器人類型。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3133