电致动聚合物驱动的机器鱼：原理与应用

2003年，日本香川大学的郭书祥等人采用离子导电聚合物膜驱动机器鱼游动。通过改变输出电压的幅值和频率，改变该机器鱼的游速。这些学者采用两片尺寸为0.2 mm×3 mm×15 mm的离子导电聚合物膜驱动机器鱼的尾鳍，从而实现了鱼体的推进；两个固定的胸鳍则用来提高推进力，其浮力调节模块由尺寸为0.2 mm×4 mm×6 mm的离子导电聚合物膜驱动。该机器鱼尺寸为45 mm×10 mm×4 mm，前部采用木质结构，总质量为0.76 g，在驱动电压2.5 V、驱动频率1 Hz左右的条件下，可实现的最高游速约为0.12 BL/s。

2009年，澳大利亚伍伦贡大学智能高分子研究所利用导电聚合物研制了一种新型电子材料肌肉振荡器驱动的机器鱼。该机器鱼采用两片尺寸为0.16 mm×3 mm×25 mm的导电聚合物作为致动器，通过无线实时控制，可产生0.557 mN的推进力。该机器鱼的直径为20 mm，长为125 mm，重为16.2 g，在低速游动下可实现1.1 BL的最小转弯半径，摆动频率0.6～0.8 Hz时可实现的最高游速为0.25 BL/s。

2009年，密西根州立大学电气与计算机工程系研制了电致动聚合物驱动的微型机器鱼。采用刚性的水滴形外型结构配合电致动聚合物柔性鱼尾，以及一个惰性的柔性尾鳍组成机器鱼的整体结构。通过对电致动聚合物鱼尾的动力学和流体动力学进行建模仿真，研究其驱动电压和游动速度之间的联系，实验结果与仿真结果高度吻合。该机器鱼的总长约为20 cm，最大直径为57 mm，总质量为290 g。驱动电压3.3 V、驱动频率1 Hz的情况下可获得的最高游速为0.1 BL/s。

2009年，日本东北大学以科模式鱼类为蓝本研制了一种电致动聚合物致动器驱动的机器鱼。该机器鱼采用无线遥控作为远程控制，其前部为硬质壳体，鱼尾部分为电致动聚合物材料，尾鳍为柔性的塑料片。硬壳的尺寸为150 mm×60 mm×40 mm，离子交换聚合金属材料（IPMC）的尺寸为50 mm×10 mm，柔性尾鳍尺寸为23 mm×40mm×25 mm。总质量165.65 g，驱动电压为2.5 V、驱动频率为0.27 Hz的情况下可达到的最高游速为0.034 BL/s。

2010年，哈尔滨工程大学在对鲫鱼运动进行分析的基础上研制了一种电致动聚合物驱动微型机器鱼[61]，如图2-32（a）所示。其尾部和胸鳍均采用电致动聚合物膜片作为驱动器，其中尾部和鱼体的连接部分以及尾鳍都采用塑料用以增加柔性。其总长为99 mm，驱动电压为3.6 V，驱动频率为2 Hz时，该微型机器鱼的最快游速为0.24 BL/s，最小转弯半径约为0.8 BL。(www.xing528.com)

图2-32　电致动聚合物驱动的仿生机器鱼

（a）仿生鲫鱼；（b）仿生海豚

2012年，北京航空航天大学机器人研究所研制了一种电致动聚合物驱动的仿生宽吻海豚，如图2-32（b）所示。通过建立基于细长体理论的流体力学模型来研究机器鱼的游动速度和游动效率。该机器鱼（不含尾鳍）尺寸为47.5 mm×14.5 mm×12 mm，重50.05g。在驱动电压3 V、驱动频率1 Hz时，可实现得最快游速约为0.5 BL/s，最大推进力1 mN，最高推进效率约为65%[64]。