高压放大器在软体机器人研究中的应用

一、引言

软体机器人因其高度的柔韧性和适应性，在医疗、救援、工业等领域展现出巨大潜力。与传统刚性机器人相比，软体机器人能够更好地适应复杂环境和执行精细任务。高压放大器在软体机器人的研究和开发中扮演着关键角色，为软体机器人的驱动和控制提供了强大的支持。

图：高压放大器在介电弹性体制成的软机器人研究中的应用

二、高压放大器在软体机器人中的作用

（一）驱动柔性致动器

软体机器人的核心组件之一是柔性致动器，这些致动器通常由介电弹性体（DE）等材料制成。介电弹性体在施加电压后能够产生显著的机械变形，从而实现机器人的运动。高压放大器能够将低电压信号放大到数千伏的高电压，为介电弹性体提供足够的电场强度，使其产生所需的变形。

（二）精确控制与信号放大

在软体机器人的控制系统中，传感器捕获的信号通常非常微弱，需要通过高压放大器进行放大，以便后续的信号处理和机器人响应。此外，高压放大器还可以用于软体机器人传感器和执行器之间的通信，实现快速信号处理，提高机器人的响应速度和精度。

（三）支持复杂运动与高负载能力

高压放大器能够为软体机器人提供足够的能量，使其能够执行复杂的运动和高负载任务。例如，在受尺蠖启发的蠕动机器人研究中，通过高压放大器驱动的软体机器人能够携带超过100g的负载，最大运输速度可达8.54mm/s。

图：ATA-7100高压放大器指标参数

三、应用实例

（一）受水蛭启发的软机器人

在一项受水蛭启发的软机器人研究中，研究人员利用高压放大器（ATA-7100）驱动介电弹性体肌肉，实现了软机器人的两栖运动、攀爬和负重爬行。实验结果表明，高压放大器能够有效地驱动软体机器人，使其在不同环境中表现出良好的适应性和稳定性。

（二）介电弹性体致动器

介电弹性体致动器（DEAs）是软体机器人中常用的驱动元件。研究人员开发了一种超高压放大器（UHV-Amp），能够将12V直流电压升压至4kV，并通过计算机实现对放大器输出的控制。这种放大器在驱动单层碳纤维粉末基DEAs方面表现出色，为软体机器人的教育和研究提供了有力支持。

（三）摩擦电软机器人

在摩擦电软机器人研究中，高压放大器（ATA-7100）与摩擦纳米发电机（TENG）结合，为软体机器人提供动力。实验表明，这种组合能够有效地驱动软体机器人，使其在复杂环境中实现稳定的运动。

图：ATA-7000系列高压放大器指标参数

高压放大器在软体机器人研究中发挥着不可或缺的作用。它不仅能够驱动柔性致动器，实现软体机器人的精确运动控制，还能支持复杂运动和高负载任务。随着技术的不断进步，高压放大器将不断提高其工作效率和响应速度，为软体机器人技术的发展提供更强大的支持。

审核编辑 黄宇