1. 研究目的与意义（文献综述）

柔性智能驱动器可将光、电、热、湿度等外部能量直接转化为器件本身的机械变形，而无需通过繁琐的能量转化装置，并可在外部刺激撤除后自动还原，受到了国际学术界、产业界的越来越多的关注。对于目前研究较广的双层结构驱动器而言，已经实现包括弯曲、扭曲在内的多种变形形式，其应用研究也已扩展到仿生、爬行机器人、人造肌肉、开关、传感器、操纵器及微纳米机电系统等。但简单结构、快速大变形、多刺激源响应、以及能对飞行、跳跃等复杂生物运动进行模拟的柔性驱动器的研究仍面临挑战。

作为柔性驱动器的一个重要的分支，双晶片驱动器因其简单的结构和卓越的驱动性能而得到了广泛的研究和开发。它们的典型混合结构由两个具有不同热膨胀行为的层组成，这些层在外部刺激下会由于不对称热膨胀而产生弯曲位移。与传统的刚性结构的机器人相比，由柔性驱动器组成的可以逼真的模拟生物系统运动的软机器人（例如步行者，游泳者，滚筒，夹具，触手），它由具有多个自由度的柔性部件组成并且以相对简单的方式完成复杂的运动。此外，由于柔性机器人显著的灵活性，柔性机器人可以更好地操作微妙的物体，抵抗机械损伤并适应环境。 因此，对外部刺激进行响应并且与超大弯曲位移、低驱动电压和易于制造相结合的柔性驱动器可能在仿生及其他领域具有不错的应用潜力。

柔性驱动器是一个新兴的研究领域，在他的发展过程中仍然具有许多的挑战。智能刺激响应材料可以自发地对外部刺激作出反应，例如热，电，光，外部刺激等，并且它还可以将这些不同的能量形式转换为机械能源。尤其是，通过机械响应可以直接将电能转化为机械能的机电致动器在过去的几十年里得到了深入的发展和应用。相对于国外而言，我国在柔性驱动器领域的发展虽任重而道远，但也取得了不错的进展，据国内媒体报道，近期，合肥工业大学与中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所合作，研发出了一种模拟人类「弹指」动作的新型光驱动跳跃机器人。这种跳跃机器人在接受光线照射后，可跳跃至自身高度 5 倍以上，并在空中做出翻滚动作。因此，应借鉴国外柔性驱动器发展的先进经验，力争在柔性驱动器的发展上有重大突破。

2. 研究的基本内容与方案

2.1本课题所设计的主要内容

利用电-机械驱动原理设计柔性驱动器。电-机械驱动方式通过采用电加热的方式提高驱动器结构的温度，由于驱动器的不同材料层具有不同的热膨胀系数，温度的变化引起驱动器的弯曲或卷曲。柔性驱动器由两层热膨胀系数（cte）有巨大差异的材料组成，当施加电压时，将电能转换成热能作用在热响应材料上，由于材料之间cte的差异，驱动器出现弯曲变形（由大cte一侧向小cte一侧弯曲）。从现有的文献可知，现有的驱动器存在驱动性能上不能达到整体优异的水平，因此为了达到大变形、低驱动电压、响应快、高效率等目标，建立驱动器热膨胀引起的弯曲变形力分析示意图如下：

图一 力学示意图

3. 研究计划与安排

第1-3周：完成开题报告和英文翻译；

第4-6周：完成毕业设计相关内容的总体方案设计；

第6-8周：完成毕业设计相关内容的详细方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] l. chen, m. weng, z. zhou, y. zhou, l. zhang, j. li, z. huang, w. zhang, c. liu and s. fan, acs nano, 2015, 9, 12189–12196.

[2] p. xiao, n. yi, t. zhang, y. huang, h. chang, y. yang, y. zhou and y. chen, adv. sci., 2016, 3, 1500438.