Nature Communication: 流體動力元件研究進(jìn)展！浙大楊華勇院士/徐兵教授團(tuán)隊與大連理工孫希明教授團(tuán)隊，研發(fā)“電液動力芯片”
您是否想過，未來的小型機(jī)器人可以像章魚一樣多腿靈活運動與控制，或像水母一樣多足輕盈靈活游動？傳統(tǒng)多路流體動力小型機(jī)器人往往依賴多個剛性泵和閥來實現(xiàn)系統(tǒng)的驅(qū)動與控制，嚴(yán)重限制了系統(tǒng)的便攜性和靈活性。近來，浙江大學(xué)團(tuán)隊與大連理工大學(xué)團(tuán)隊合作在《Nature Communication》發(fā)表研究成果——《Flexible electro-hydraulic power chips》（柔性電液動力芯片），可通過模塊化柔性設(shè)計與3D打印技術(shù)將多路流體動力源“芯片化”設(shè)計與制造，從而實現(xiàn)小型機(jī)器人系統(tǒng)的多路驅(qū)動與復(fù)雜控制及高功率密度輸出。這項技術(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！浙江大學(xué)張超研究員為論文第一作者，浙江大學(xué)祝毅教授、張超研究員和大連理工大學(xué)徐昌一副教授為論文共同通訊作者，浙江大學(xué)楊華勇院士、徐兵教授、張軍輝研究員和大連理工大學(xué)孫希明教授參與指導(dǎo)工作。
研究團(tuán)隊受電子芯片中晶體管模塊化柔性設(shè)計的啟發(fā)，開發(fā)了電液動力芯片的基礎(chǔ)單元—電液動力“二極管”單元（圖1a），并通過導(dǎo)電材料和絕緣材料協(xié)同的多材料3D打印技術(shù)（圖1b），實現(xiàn)小型輕量的電液動力“二極管”單元的自由制造（圖1c）,該單位通過電流體動力原理可輸出可控的單向流動和壓力輸出（圖1d）。此外，電液動力“三極管”基礎(chǔ)單元（圖1e）也可進(jìn)一步被制造來實現(xiàn)雙向可控的流動和壓力輸出（圖1f-h）。
圖1 柔性電液動力晶體管的設(shè)計、制造與功能
同時，基于電液動力“二極管”和“三極管”單元，可實現(xiàn)電液動力芯片的擴(kuò)展設(shè)計與制造（圖2）。（1）二維平面單流道設(shè)計：電液動力晶體管單元可擴(kuò)展為平面內(nèi)單流道內(nèi)的串聯(lián)和并聯(lián)設(shè)計與制造，實現(xiàn)流體動力的流量和壓力的增加，并可通過高度的可控打印實現(xiàn)流道高度方向提高；（2）二維平面多流道設(shè)計：電液動力晶體管單元可擴(kuò)展為平面內(nèi)多交叉流道或多獨立流道的設(shè)計；（3）三維體積多流道設(shè)計：電液動力晶體管單元可擴(kuò)展為體積內(nèi)多流道設(shè)計。因此，通過電液動力芯片的“點-線-面-體”三維空間系統(tǒng)布局，可滿足不同流體動力系統(tǒng)的需求。
圖2 電液動力芯片的“點-線-面-體”三維空間系統(tǒng)布局。
最后，研究團(tuán)隊將不同的流體動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力芯片的的傳熱傳質(zhì)和驅(qū)動能力：（1）多回路可穿戴設(shè)備：將五流路電液動力芯片嵌入穿戴式手套（圖3a），配合半導(dǎo)體冷卻源，可實現(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個獨立電液動力芯片嵌入水母機(jī)器人來驅(qū)動“觸手”周期性伸縮（圖4a-d），使其快速游動（圖4e）。
圖3 電液動力芯片驅(qū)動的穿戴式手套。
圖4 電液動力芯片驅(qū)動的小型水母機(jī)器人。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56636-w
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