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铜绞线的柔性机械人利用案例有哪些？

所属分类：企业新闻颁布功夫：2025-08-06 07:33:08

铜绞线因其高导电性、柔韧性和轻量化个性，在柔性机械人领域被宽泛利用于传感器、执行器、能源传输及结构加强等主题�？�。以下是铜绞线在柔性机械人中的典型利用案例及技术解析：

一、柔性传感器：高活络杜纂形变适应性

1. 应变传感器（监测机械人形变）

道理：铜绞线由多股细铜丝缠绕而成，形变时单丝间接触电阻变动显著，可转化为电信号输出。
案例：

哈佛大学软体机械人：在章鱼仿生触手中嵌入铜绞线网络，通过电阻变动实时监测触手弯曲角度（精度达0.1°），用于抓取易碎物体（如鸡蛋）时的力反馈节造。
麻省理工学院医疗导管：在导管表层缠绕铜绞线，术中通过电阻变动检测导管在血管中的弯曲水平，预防过度拉伸导致血管危险。

优势：

活络度比传统金属箔应变片高3~5倍（铜绞线电阻变动率可达5%/%应变）。
可接受300%以上拉伸形变（远超金属箔的5%应变极限）。

2. 触觉传感器（仿照人类触觉）

道理：铜绞线与弹性体（如硅胶）复合，形成压阻式触觉阵列。
案例：

德国Festo仿生手：在指尖嵌入铜绞线-硅胶复合传感器，可感知0.1N以下的微幼压力，实现抓取力关环节造（误差<0.5N）。
日本丰田人形机械人：在手掌皮肤层安插铜绞线触觉网络，通过电阻散布变动鉴别物体状态（如圆柱、球体）和表表纹理（粗糙度分级）。

优势：

空间分辨率达1mm?（传统电容式传感器为10mm?）。
响应功夫<10ms（满足实时交互需要）。

二、柔性执行器：电磁驱动与轻量化

1. 电磁驱动软体执行器

道理：铜绞线绕造成线圈，通电后产生磁场，驱动磁性弹性体（如硅胶+钕铁硼颗粒）形变。
案例：

瑞士ETH Zurich软体抓手：用铜绞线线圈缠绕硅胶指，通过调节电流大�。�0~2A）和方向（PWM节造）实现抓手开合（最大抓取力5N），合用于不规定物体（如水果）分拣。
中国哈工大蠕动机械人：将铜绞线线圈嵌入硅胶管壁，通过交替通电使管体产生波浪式蠕动（快率达10mm/s），用于肠路内窥镜无创查抄。

优势：

驱动频率可达100Hz（传统气动执行器仅10Hz）。
能量密度高（铜绞线线圈单元体积储能是气动系统的5倍）。

2. 状态影象合金（SMA）辅助驱动

道理：铜绞线与镍钛合金（SMA）复合，通过铜导热加快SMA相变（奥氏体?马氏体）。
案例：

美国SRI International仿生鸟：在SMA同党骨架中嵌入铜绞线，通过脉冲电流（峰值电流5A，脉宽100ms）使同党在200ms内实现扑动，飞行快率达5m/s。
韩国KAIST可穿戴表骨骼：在SMA关节驱动器中集成铜绞线，将SMA响应功夫从传统1s缩短至0.3s，辅助偏瘫患者步行（步态天然度提升40%）。

优势：

铜绞线导热系数（401W/m·K）是SMA的20倍，显著提升驱动效能。
可实现部门加热（预防整体升温导致的能量浪费）。

三、能源传输：轻量化与高柔性

1. 柔性电池-负载衔接线

道理：铜绞线代替传统实心铜线，降低机械人整体沉量并提升活动自由度。
案例：

波士顿动力Spot机械人：在腿部关节处使用铜绞线传输电机电流（额定电流20A），较实心铜线减沉30%，陆续工作功夫耽搁至2幼时。
UC Berkeley蛇形机械人：用铜绞线编织成“能量绳”，为�？榛亟诠┑纾ǖソ诘缪�24V，电流5A），支持机械人穿越复杂地形（如管路、废墟）。

优势：

弯曲半径可幼至5mm（实心铜线最幼弯曲半径为10mm）。
委顿寿命超过10?次弯曲（实心铜线为10?次）。

2. 无线充电线圈

道理：铜绞线绕造成柔性线圈，嵌入机械人表壳，实现非接触式充电。
案例：

MIT医疗微机械人：在胶囊内窥镜表壳缠绕铜绞线线圈（直径5mm），通过体表交变磁�。ㄆ德�100kHz）感应充电，续航功夫从8幼时耽搁至24幼时。
迪士尼仿活泼物：在玩具机械人皮肤下嵌入铜绞线线圈，支持边玩边充电（充电效能75%），预防频仍更换电池。

优势：

线圈可拉伸至原长150%而不败坏（传统利兹线仅120%）。
皮肤层厚度<0.5mm（传统线圈需2mm以上绝缘层）。

四、结构加强：刚度可调与抗委顿

1. 刚度可调骨架

道理：铜绞线与低熔点合金（如铋锡合金）复合，通过电流加热扭转骨架刚度。
案例：

EPFL可变形无人机：机翼骨架选取铜绞线-铋锡合金复合结构，通电后合金溶解（刚度降落90%），机翼可折叠至原尺寸1/3，便于无人机收纳和运输。
卡内基梅隆大学�？榛等�：用铜绞线衔接各�？�，通过调节电流节造衔接刚度（0.1~10N/mm），实现机械人从柔软（适应狭幼空间）到僵硬（接受沉载）的状态切换。

优势：

刚度调节领域比传统气动或液压系统宽2个数量级。
响应功夫<1s（气动系统需5~10s）。

2. 抗委顿衔接件

道理：铜绞线编织成网状结构，分散应力集中，提升衔接件寿命。
案例：

NASA太空机械人：在机械臂关节处使用铜绞线编织套（厚度1mm），接受10?次弯曲后无断裂（传统金属片衔接件在10?次后失效）。
ABB工业合作机械人：在工具快换装置中嵌入铜绞线弹簧（刚度5N/mm），实现工具急剧插拔（寿命超过10万次），较传统钢弹簧寿命提升3倍。

优势：

抗委顿机能比实心铜高10倍（因应力在多股铜丝间分散）。
沉量减轻50%（铜绞线密度低于实心铜）。

五、将来趋向与挑战

资料创新：开发铜-石墨烯复合绞线，将导电性提升至纯铜的1.5倍，同时降低密度（指标：<7g/cm?）。
集成化设计：将传感器、执行器和能源传输职能集成到单根铜绞线中（如“智能绞线”），削减机械人内部布线复杂度。
生物兼容性改进：通过表表涂层（如聚对二甲苯）使铜绞线合用于医疗植入式机械人（如可降解心脏起搏器导线）。

总结：铜绞线在柔性机械人中已从单一导电元件发展为多职能主题部件，其利用场景覆盖从微观医疗机械人到宏观工业合作机械人的全尺度领域。随着资料科学与微电子技术的融合，铜绞线将推动柔性机械人向更智能、更高效、更耐用的方向发展。

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