34岁中国科学家研发“无腿”软体机器人，转向跳跃每秒138.4°( 二 ) 没有腿

正如预期的那样，特殊的液体-空气布局，可让执行器向前跳跃，就算空气袋被拖动在地上也能照常运动。这是因为电极会挤压液体电介质，进而使其快速向前流动，从而提供初始动能。

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动图3|无腿软体机器人（来源：NatureCommunications）
通过观察上述三种类型的致动器，陈锐发现它们的跳跃都是由液体袋的部分膨胀引起的。
其中，特殊的液空布局、以及半圆形压缩结构，可让内部液体产生各向异性的快速流动，进而产生大量的正向动能。
同时，固定在软致静电弯曲执行器边缘的预弯曲框架，可以指导变形方向，以便实现快速弯曲运动，借此可产生垂直动能和水平动能。概括来说，特殊的液空布局和预弯框架结构，大大提高了电液执行器的跳跃性能。
这种无腿软跳机器人，可通过快速液体流动和身体弯曲来跳跃，从而可大大缩短跳跃间隔时间。由于具备弹性，因此可帮助机器人快速恢复形状，以避免影响下一次跳跃。
无腿软跳机器人由两个带有柔性电极印刷的塑料半圆形袋组成，它们与两个导电带连接，用于潜在的电线连接。这两个袋由双轴向聚丙烯薄膜制成。前袋充满了电介质液体，后面充满了相同体积的空气。
研究中，需要将柔性塑料聚氯乙烯环框固定在其边缘并进行预应变。
值得注意的是，机器人的后气囊与动物尾部相似，这可用于保持跳跃和着陆姿态的平衡，在无腿软跳机器人的整个结构中起着重要的作用。
为进一步提高无腿软跳机器人的跳跃性能，陈锐把袋中空气用非爆炸性气体氦气所取代。

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动图4|无腿软体机器人（来源：NatureCommunications）
这时，机器人即可通过能量变化，来产生向前跳跃的能量。在对电极施加高电压后，介质电液体会从流出区、挤压到没有电极覆盖的流入区。这种快速和各向异性的流动，可产生一个初始动能。其中，前袋电极之间静电力的增加，可引起液体的快速流动。
另外，当框架产生瞬间弯曲时，即可推动机器人身体进入空气中。在快速起飞后，机器人的初始水平速度，会由框架末端的水平地面反作用力决定。
在跳跃状态下，环框会迅速释放弹性能量，这时介电液体回流，机器人即可恢复到原始状态，并为着陆后的下一次跳跃做准备。
此外，施加相同极性的电压，可让电荷处于保留状态，并在致动器内部积累，从而防止致动器完全回到其初始位置，以避免影响下一次实验结果。每次实验后，极性都会被逆转，并等待一分钟来缓解电荷保留。

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动图5|无腿软体机器人（来源：NatureCommunications）
单个驱动器总价不到5毛钱
软致静电弯曲执行器的设计灵感，来自液压放大的自修复静电致动器的静电跳跃，以及由介电弹性体执行器的预变形框架引起的周期性马鞍形弯曲。
在设计过程中，陈锐专门建立了力学分析模型、以及介质液体重心运动等效模型，借此可对驱动器尺寸参数进行优化。
由于机器人使用特殊的液体空气布局、以及边缘固定预弯曲框架，借此可实现快速连续前进和转向跳跃运动，还可实现各向异性液体流动周期性的弯曲，因此可弥补液压放大的自修复静电执行器的限制。