浙大邹俊教授、张超副研究员课题组Nat. Commun.：便携、静音、可自愈的电液泵

跑冒滴漏以及噪声问题是液压系统的顽疾，严重制约了液压系统的应用。近期，浙江大学机械工程学院邹俊课题组在该方向取得重要进展，研制出一种可自愈的电液驱动泵，通过电场实现介电液的静音泵送，并通过在液体中添加自愈因子，实现破损、渗漏区域的自我修复。国际知名学术期刊Nature Communications报道了来自浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室这一最新研究成果“Customizing a self-healing soft pump for robot”。该研究获得国家自然科学基金重大项目“智能电静液驱动执行器基础研究”经费支持。论文全部作者均来自杨华勇院士团队，博士研究生唐威为论文第一作者，张超副研究员和邹俊教授为论文通讯作者。

在生物学界，蜘蛛体内含有一套独特的生物液压系统，其心脏是核心动力部件，既可用于驱动也可以用于自愈。那么对于液压动力系统/机器人系统而言，能否研究出一种液压泵，其功能类似于蜘蛛心脏，既能驱动又能自愈呢？基于此启发，邹俊课题组设计了世界首个可通过自身液体自愈的柔性电液泵。

结构与原理

电响应液压泵无需移动部件就能实现液体的运动与操控。邹俊课题组发现由柔性硅橡胶材料制成的针孔电极对也可实现电流体的动力输出，从而设计出了由全柔性材料制作的柔性电液泵。研究人员为了实现类似血液的自愈功能，对柔性电液泵泵送的电响应液体进行了改进。最终，在普通的电响应液体中均匀融入桐油液体，便可使得电响应液体成为一种可修复破损硅橡胶外壳的自修复液体，实现了液体的泵送和自修复双重功能。事实上，桐油是一种干性油，其在空气中可固化成膜，而该膜可用于修复受损的柔性材料。因此，改进后的液体既具备电流体的驱动性能又具备桐油的修复功能。电液泵由多个柔性针孔电极对组成，当柔性针电极通静电正极和柔性孔电极接地时，可在电极对之间产生强大的射流，进而实现泵送功能。由于针电极对称布置在孔电极两侧，通过电路的切换，柔性电液泵可快速实现流体的正反向流动，成为一个高度可控的双向变量液压泵。

高度可定制

不同的液压系统或机器人对于泵的形貌和泵送能力的需求是不一样的，该研究的柔性电液泵的尺寸和形状可根据实际系统或机器人的需求进行定制，变化万千，从而可以适应不同的液压系统或机器人。

柔性电液泵通过针孔电极对产生流动，其可产生较大的流量与压力。由于柔性电液泵由轻量化的柔性材料制成，其质量较轻，与同尺寸的传统的刚性泵相比，在同样的重量下产生更大的输出流量和压力，同时柔性电液泵的可携带性好。

机器人应用

根据柔性电液泵的需求，自主设计了小型的驱动电路板。结合驱动电路，柔性电液泵可以嵌入不同的液压系统/机器人系统实现其运动与自愈，一条软体机器鱼与一个机器人小车充分展示了该泵的潜力。

总结来说，该柔性电液泵具有以下特点：

(1) 静音驱动：无可移动部件，驱动无声音也无振动

(2) 可修复功能：可实现柔性材料的自我修补

(3) 可携带性好：体积小，轻量化，易嵌入机器人系统

(4) 可定制化：由可易布置的针孔电极对组成

(5) 可控性强：电驱动可直接实现快速及可逆控制

邹俊教授表示：这项研究工作为液压系统的静音驱动及自修复提供了新的解决方案，有望大幅度提升液压系统或流体驱动机器人的环境自适应能力，同时也为野外机器人和穿戴式装备的无绳驱动提供了新的思路。但是目前开发的柔性液压泵只是初期版本，其驱动能力，制作方式以及响应速度还有较大的提升空间。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22391-x

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