静电吸附技术源自于一个世纪前两位丹麦科学家 F. A. Johnsen 和 K. Rahbek对两材料之间加载一定电压之后产生吸附力的研究和相关发明。自此,静电吸附技术被广泛用于静电吸盘和夹持器、蠕动和爬壁机器人、主动机器吸附以及触觉技术领域。
1:静电吸附夹持器,根据材料和结构可以分为硬、柔性、可拉伸三类。
2:静电吸附在蠕动和爬壁机器人领域的应用,根据移动方式可以分为履带式、一维腿式、二维腿式三类。
3:静电吸附在主动机器吸附领域的应用,包括模块化机器人、转弯作业、变刚度智能材料、锚定作业、栖息作业、可穿戴设备、翻书作业、以及密封作业。
4. 静电吸附在触觉技术领域的应用。
一个经典静电吸附系统一般由四部分组成:(1)静电吸附复合材料和结构;(2)高压源;(3)控制单元以及(4)被吸附材料。当给静电吸附装置的电极加载一定的电压(一般在 1-6 千伏),吸附设备和被吸附材料之间会诱发静电吸附力,从而实现主动吸附或者抓取。被吸附材料的主动释放可以通过断电来实现。
5. 经典静电吸附系统。
相比其他吸附方式(比如磁吸附、负压吸附、仿生吸附),静电吸附的独特优势包括:(1)可适应各种不同材料和环境;(2)可带来轻便简单的机械和控制系统;(3)低能耗;(4)适合吸附易碎或者高价值材料。当然,静电吸附技术也存在一些局限性,包括:(1)需要加载一定的高压;(2)产生的吸附力相对较小且会随着环境变化而变化。
本文是静电吸附技术的第一篇综述,详细报道了静电吸附的工作原理、建模、设计、制造、表征、及其在机器人领域应用,并且对该技术的建模、设计和制造、快速吸附和释放、形状自适应静电吸附、以及智能静电吸附进行了深入讨论和展望。作者建议从材料、制造、应用物理等基础学科层面了解该技术,以更好的控制、应用、以及商业化该技术。
总之,静电吸附可以作为一个前沿、多学科交叉的研究方向。静电吸附研究平台可以用来激励探索基于高压的应用物理基础问题、新静电吸附软智能材料和结构制造工艺、以及新感知和控制算法。
目前还可进一步探索的领域有:(1)静电吸附力建模和表征;(2)提高静电吸附系统的适应性、智能程度以及稳定性。将软智能材料和结构与静电吸附结合,不仅能使静电吸附系统主动适应和抓取复杂曲面,而且还能提高静电吸附系统的智能程度。两个比较典型的例子包括:一种基于介电弹性体驱动器-软静电吸附的智能复合材料和一种基于液态金属-硅胶管的智能复合材料