《深圳先进院柔软材料表面爬行机器人研究获新成果》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-03-30
  • ,在国家自然科学基金委员会-深圳市人民政府机器人基础研究中心、深圳市科技创新委员会项目资助下,中国科学院深圳先进技术研究院集成所智能仿生中心经过长时间努力,基于Clothbot原型样机成功研究出了其运动控制与姿态调节算法。相关成果Movement Control and Attitude Adjustment of Climbing Robot on Flexible Surfaces(《可在柔软材料表面爬行的机器人运动控制与姿态调节算法研究》)发表在自动化与控制系统顶级期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics (IF=7.168)上(DOI:10.1109/TIE.2017.2764870)。

      可穿戴机器人是机器人研究领域的重要分支之一,对于促进新型医疗与现代军事作战有重要的意义。在该领域内准确性与鲁棒性是现存的两大技术难点,难点之一在于与柔性材料接触,精确的系统建模难以实现,难点之二在于难以建立鲁棒的系统控制方法及所携带硬件控制器的计算能力受限。

      文章作者吴新宇研究员、周翊民副研究员和博士研究生刘佳经过长期调研与实践,成功研究出了用于柔性材料的可穿戴爬行机器人的控制算法,该方法可实现其驱动装置位置控制稳定阶段RMSE=0.432和速度控制稳定阶段RMSE=0.505;同时算法可主动调节其机器人尾部倾角,进而调节夹持机构的夹持量,防止因机器人夹持量增大,卡死在柔性材料表面或者因机器人夹持量减小,脱离柔性材料表面。

      吴新宇研究团队是国际上最早研究可穿戴爬行机器人的科研团队之一,也取得了丰硕的研究成果,研制出的三代样机分别命名为Clothbot(2012年),Rubbot(2013年),Clothbot-(2017年)。相关成果System and Design of Clothbot: a Robot for Flexible Clothes Climbing(《Clothbot:一种柔性材料表面爬行机器人系统设计》)发表在2012年机器人领域顶级会议IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA, IEEE机器人与自动化国际会议)上;Path Planning for Clothes Climbing Robots on Deformable Clothes Surface(《可变形柔性表面爬行机器人路径规划研究》)与Rubbot: Rubbing on Flexible Loose Surfaces(《Rubbot:一种柔性材料爬行机器人》)分别发表在2012年、2013年机器人领域顶级会议IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS,IEEE智能机器人与系统国际会议)上。此外,理论成果Clothbot-: Dynamical Grasping and Climbing on Soft Cloth也发表在机器人领域的国际会议上。

      智能仿生研究中心成立于2006年,由国际著名机器人专家徐扬生院士创建并担任中心主任,吴新宇研究员担任执行主任。中心致力于服务机器人、医疗和康复机器人、智能系统及微型磁控特种机器人等方面的前沿研究。中心牵头建设了广东省机器人与智能系统重点实验室、广东省机器人与智能系统工程技术研究中心及深圳智能机器人工程实验室,与香港中文大学(深圳)共同建设机器人与智能制造国家地方联合工程实验室,并组织策划成立国内首家机器人协会——深圳市机器人协会等行业创新平台。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-05-17
    • 中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控研究室杜学敏副研究员(通讯作者)及其团队成员赵启龙博士(第一作者)、王运龙博士(共同第一作者)和崔欢庆助理研究员等在光电磁功能材料知名期刊 Journal of Materials Chemistry C 上发表仿生传感与驱动材料研究综述,全面总结了可随外界环境变化发生颜色和形状改变的仿生传感与驱动材料的设计原理和研究进展,并详细评述了这类材料在传感器、执行器、柔性电子、软体机器人、生物医药等多领域的应用和发展前景( Bio-inspired Sensing and Actuating Materials , Journal of Materials Chemistry C , 2019, DOI: 10.1039/C9TC01483G, IF: 5.976 )。该综述文章同时被选为 Back cover 与 2019 Journal of Materials Chemistry C HOT Papers 并重点报道。   自然界中许多生物(如章鱼、变色龙、松果、含羞草等)经亿万年进化具备了通过颜色和形态改变来响应环境变化(如湿度、温度、光照、触碰等)的神奇能力,极大提升了生物的环境适应能力和生存能力。生物的这类环境适应性行为,也启发了科学家们研究开发可感知外界刺激并动态改变颜色和形态的新型仿生智能材料。在仿生策略指引下,通过对材料分子功能、微纳结构的合理设计,科学家成功构建了一系列可响应特定刺激并产生颜色和形状改变的新型仿生传感与驱动材料。这类仿生材料在诸多领域,特别是传感器和执行器等方面,具备传统材料难以具有的独特优势和巨大潜力。   在前期研究工作中,杜学敏及其研究团队在仿生变色材料( J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3542; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 38117; Sensor Actuat. B, 2016, 223, 318 )和变形材料( Adv. Mater. 2017, 29, 1702231; Research, 2019, 2019, 6398296; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 15927 )等方面取得了重要进展,阐述了其变色与变形机制及设计策略,并进一步探索了这类变色材料和变形材料在生化传感、功能化柔性电子、组织工程等领域应用前景( Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120; J. Mater. Chem B, 2013, 1, 1535; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748 )。   该系列研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然基金、广东省、深圳市等科技项目资助。   论文链接 图1 生物界中诸多生物的环境响应特性(如松果鳞片在不同湿度环境下的开合调节)启发了新型仿生传感和驱动材料的研发。
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    • 12月30日,作为深圳市十大新型基础研究机构之一的深圳先进电子材料国际创新研究院(以下简称“电子材料院”)举行开园仪式及重大项目签约。电子材料院园区(以下简称“园区”)落地深圳市宝安区龙王庙工业园,是宝安区首个应用型基础研究产业园。 中国科学院成会明院士、彭孝军院士,深圳市副市长聂新平,宝安区委书记姚任,中国科学院深圳先进技术研究院院长、中国科学院深圳理工大学(暂定名,简称“中国科学院深理工”)筹备办主任、电子材料院理事长樊建平,中国科学院深理工学术委员会主任委员赵伟,深圳先进院党委副书记、副院长吕建成等出席活动。原中国工程院副院长、中国工程院院士干勇视频参会,深圳先进院副院长许建国主持活动。深圳市、宝安区各局委办有关部门负责人、学术界和产业界代表等参会。 开园揭幕仪式 为面向国家战略需求和科技前沿热点,加强深圳市基础研究与应用,电子材料院由深圳先进院和深圳市宝安区人民政府合作共建,聚焦高端先进电子封装材料,旨在推动高端电子材料国产化“突围”。据了解,园区分二期建设,目前已完成一期约23000平方米建筑的改造和装修,已有5条电子材料中试线及检测平台的入驻,可满足200人以上科研、办公等需求。二期规划建筑面积约20000平方米,主要包含理化实验平台、中试线、封装材料验证平台等功能。 深圳市副市长聂新平致辞 聂新平在致辞中表示,近期召开的中央经济工作会议强调,要强化国家战略科技力量,增强产业链、供应链自主可控能力,统筹推进补齐短板和锻造长板,针对产业薄弱环节,实施好关键核心技术攻关工程。近年来,深圳在先进电子材料领域加强前瞻布局,在5G关键材料、先进电子封装材料等方面取得了比肩国际的领先成果。希望电子材料院围绕国家和深圳产业发展需要,进一步加大平台建设和人才培育引进力度,继续攻坚高端电子材料研究领域。 深圳市政府将进一步加大支持力度,为电子材料院建设和高端电子材料科技产业发展营造更好环境。 宝安区委书记姚任致辞 姚任对园区的启用表示祝贺。他表示,近年来宝安区积极引进基础研究机构,聚集高端源头创新资源,推动宝安区产业转型。园区的落地将有效推进宝安区创新链与产业链的融合发展,推动辐射宝安区、深圳市乃至大湾区的高端先进电子封装材料产业发展。宝安区将携手电子材料院,进一步打造宝安高新技术产业的核心优势,为深圳高新技术产业高质量发展提供重要支撑。 深圳先进院院长樊建平致辞 樊建平对深圳市、宝安区长期以来给予电子材料院的关心与支持表示感谢。他表示,依托深圳先进院14年的科研基础,园区的建设既为深圳市和宝安区强化创新驱动、推进关键核心技术攻关和产业化提供了重要抓手,也为对接粤港澳大湾区发展战略提供了平台保障。未来,深圳先进院将继续支持电子材料院做大做强,落实中国科学院战略规划,致力于高端先进电子材料国产化,成为综合性国家科学中心的有力支撑。 干勇在视频致辞中表示,电子材料是集成电路的三大要素之一,是电子信息产业的物质基础,但产业前端的先进电子材料也成为我国电子信息产业链上最薄弱的环节。电子材料院要抓住科技发展的“牛鼻子”,迎难而上,站在国家最需要的位置,为高端电子材料领域国产化“突围”做出贡献。 电子材料院院长孙蓉(中)与企业代表签订合作协议 开园仪式当天,电子材料院分别与广东风华高新科技股份有限公司、常州强力电子新材料有限公司进行重大项目签约。电子材料院与风华高科围绕先进电子元器件材料成立联合创新中心,共同搭建科技攻关和产学研用的多元化合作平台,进一步推进关键电子材料与技术攻关。作为全球主要的光刻胶专用化学品及绿色感光材料供应商,强力新材与电子材料院成立先进电子封装材料联合攻关体,探索产学研合作模式,助力攻关集成电路材料核心技术,加速推动我国先进电子封装材料的技术研究与应用。 参观园区 目前,电子材料院已组成包括院士、国家级人才、研究员、高级工程师等318人研发团队,发表高水平论文124篇,申请专利108件,PCT12件。先后建成先进电子封装材料国家地方联合工程实验室等6个国家、省、市级实验室;园区总体建筑面积4.3万平方米,设备资产近1亿元,新增设备原值约3亿元。抓住宝安区打造“湾区核心、智创高地、共享家园”,打造湾区经济带上的科技创新的发展机遇,园区将建成集办公、创新展示、科技研发、配套服务于一体的创新型产业空间。