近日，南方科技大學(xué)機械與能源工程系、機器人研究院副教授王宏強提出一種應(yīng)用于靜電吸附的自清除機制。相關(guān)研究成果發(fā)表于機器人領(lǐng)域頂級期刊《軟體機器人》。

　　靜電吸附作為一種極具發(fā)展前景的吸附技術(shù)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于軟體機器人、飛行器、可穿戴設(shè)備，以及航空航天領(lǐng)域。靜電吸附片通常是由一層電極層和一層介電層組成。靜電吸附裝置是通過施加高電壓使吸附片和導(dǎo)電片產(chǎn)生異種電荷從而實現(xiàn)強力吸附作用。然而，由于介電層內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的靜電擊穿引發(fā)裝置短路在靜電吸附中是幾乎不可避免的，一旦擊穿，整個裝置將失效。

　　為解決靜電吸附失效問題，王宏強課題組提出了一種新的自清除機制，通過利用足夠薄的導(dǎo)電層(例如，不超過7微米的銅層)，可以在靜電擊穿后自動清除斷點周圍的導(dǎo)體完成自清除，從而恢復(fù)裝置功能。該方法易于操作且兼容各種材料和制造過程。測試表明，該機制可將最大可用電壓提高260%，最大靜電吸附力提高276%。此外，該方法還可成功修復(fù)靜電擊穿的物理損傷，并使其穩(wěn)定可靠地工作，為靜電吸附在高性能和廣泛應(yīng)用方面提供了新的途徑。

　　該研究團隊通過實驗發(fā)現(xiàn)自清除過程可以提高靜電吸附裝置的耐受電壓，進而使其輸出力提高276%。而靜電擊穿所產(chǎn)生的焦耳熱，是自清除過程中蒸發(fā)電極以及清除介電層殘余的能量來源。因此，只有當(dāng)電極層足夠薄時(例如，當(dāng)銅電極厚度小于7微米)，自清除過程才可以成功。基于不同厚度的導(dǎo)電層，研究者提出了四種不同的自清除機制。當(dāng)自清除成功時，靜電吸附裝置的工作電壓會出現(xiàn)短暫的降低，之后迅速恢復(fù)(150毫秒)至正常操作電壓。通過多次自清除過程，吸附片的擊穿電壓最大可以提升至原先的2.6倍。當(dāng)電極厚度不小于5微米時，自清除后的清除位點并不會影響靜電吸附力的大小。并且，在連續(xù)擊穿測試中，靜電吸附設(shè)備在65分鐘內(nèi)，耐受了173次電擊穿。

　　而且，為了展現(xiàn)自清除機制在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性，研究人員在對靜電吸附裝置施加打孔、穿刺，剪裁等物理破壞后，靜電吸附裝置的自清除過程仍迅速完成，且沒有對吸附裝置的正常操作造成影響。研究人員還發(fā)現(xiàn)靜電離合器在吸附200克重物時發(fā)生多次自清除現(xiàn)象，而自清除過程幾乎沒有影響吸附力的大小。此外，研究人員還展示了自清除機制在靜電抓手中的應(yīng)用，在抓取物體時提高操作電壓，自清除過程使抓手克服靜電擊穿，成功完成抓取-放置操作。

　　通過這些展示，研究人員驗證了自清除機制在在靜電吸附領(lǐng)域的可靠性和廣泛應(yīng)用，該技術(shù)為其它靜電領(lǐng)域，如介電彈性驅(qū)動和壓電驅(qū)動，提出新的設(shè)計思路。