海洋技术与装备方向

面向水下航行与探测装备等海洋工程发展需求，结合智能材料最前沿柔性感知与驱动技术，突破大推进力柔性驱动机构设计与驱控技术，多孔离子聚合物宽频高灵敏感知机理与制造技术，柔性组件深海高压与富离子环境适应机制等关键问题，发展新形态水下无人航行器及声/力学探测技术。主要方向：

1. 人工肌肉驱控与水下柔性仿生机器人

• 柔性变形鱼体噪声低、声阻抗低声反射小，主被动声呐均难以发现
• 形态类似鱼类，自然融于环境和鱼群，难以被发现
• 柔性组件耐受海底、浅水区、礁石区和冰下等区域海浪反复冲击
• 柔性人工肌肉驱动能效高、质量轻，平台航程远辅助能力强

    A. PVCG仿生机器人：基于PVCG人工肌肉柔性大力驱动器研制弯曲摆动、扑翼拍动等水下推进机构，发展新形态水下隐身航行器(目前唯一可以实现中大型电驱动软体机器人技术方案)。研究内容：

• PVCG人工肌肉大驱动力低压驱动
• 柔性鱼尾变阻抗机制与调控方法
• 大尺度复杂柔性推进机构设计与制造
• 柔性变形鱼体流固耦合分析
• 仿生运动节律控制与推进方法
• 长航程脉冲滑行推进方法

    B. IPMC仿生机器人：研制IPMC人工肌肉多尺度复合弯曲大变形水下推进机构，发展深海新形态水下隐身航行器。研究内容：  

• IPMC多尺度复合弯曲大变形推进机构设计
• 大规模IPMC组件快速节能脉冲驱控技术
• 大曲面主动滑翔水翼3D形态预测与控制
• IPMC刚柔组件深海高压与富离子环境适应机制
• 柔性发电、储能与控制一体化滑翔水翼设计
• 流场感知与主动滑翔推进一体化控制

应用价值

• 鱼类高效游动机理探索平台——柔性摆动、变阻抗调节和柔性鱼体流体耦等
• 水下伴游、考古、打捞等高机动航行，水下隐形预置的机动航行平台
• 发展米级柔性推进器的长航程滑翔-游动复合水下静音探测平台

2. 离子聚合物柔性传感与深海声/力学感知阵列

• 离子传输易于分子构型变化，离电比压电材料具有更高电荷灵敏度
• 离子聚合物含有水分，适于水下尤其是深海环境
• 适用热塑、浇筑、掺杂等多种工艺，改性调控与成型工艺简单
• 柔性声学/力学感知阵列易于共形应用

 探索应力分布影响离子迁移运动规律，利用宏微观结构设计应力梯度诱导离子定向迁移，提升力学感知灵敏度。基于高灵敏多孔离子聚合物研究无水密封装水听器，发展新型共形柔性水听器及阵列。研究内容：

• 应力梯度诱导离子迁移力电耦合机制
• 宽频高灵敏声/力学传感器设计 
• 离子聚合物深海高水压/富离子环境适应机制
• 新型无水密深海离子聚合物水听器研制与验证
• 深海柔性共形水压/水听器阵列（柔性静音航行平台）

应用价值

• 深海水听器/矢量水听器，柔性共形声呐阵列等
• 深海压力传感器/共形压力感知阵列
• 最大程度上模拟生物感受器官的离子传输电响应机制

智能手术器械与机器人方向

       传统手术器械结构刚硬，自由度少且协调性差，术中易疲劳；以达芬奇为代表的高级手术机器人功能强大，但培训与使用成本高昂使其难以普及，如何在技术便利性和手术经济性之间寻求平衡是关乎医生与患者健康和利益的重要问题，突破智能柔顺末端执行部件和柔性触觉感知与力反馈技术，便携式微创手术机器人是未来重要发展方向。

3. 智能触觉反馈腔镜手术机器人

• 柔性触觉反馈技术使医生真实感受器械末端对器官组织的操作
• 便携式单体器械大幅度降低设备成本
• 主动线控/智能材料柔性末端大幅提升器械易用性

       基于柔性线驱动、柔顺机构和柔性大变形材料驱动等技术研究智能化柔性末端执行部件；基于柔性驱动和感知材料研究柔顺触觉反馈技术，发展具有触觉功能的便携式腔镜手术机器人。研究内容：

• 手术机器人刚/柔机械臂
• 线控柔性末端/超细主动柔性末端
• 轻量化高精度电机驱控
• 基于柔性感知材料的原位嵌入式感知技术
• 基于柔性智能驱动材料的柔顺力反馈技术

应用价值

• 各类腔镜微创手术
• 自然腔道微创手术（柔性臂）
• 其它领域，例如：水下机器人舱外操作臂

柔性智能感知与驱动方向

        智能聚合物是在电激励下产生连续大变形、在外力作用下产生电响应的一大类高分子材料，也称为人工肌肉，可研制柔性驱动器和传感器。以柔性智能材料工程化应用为最终目标，重点突破材料规模化稳定制造和柔性复合驱动机构设计方法等关键技术，发展新型柔性机电器件及其系统应用。

4. 聚合物感知/驱动材料与柔性机电

• 涉及高分子、机械、电子和力学等多学科
• 制备与加工需采用多种特种加工方法
• 质量轻、能效高、无噪声和亲和力好

       围绕IPMC、PVCG、HASEL和离电聚合物等为代表的柔性感知和驱动材料，主要从材料制备工艺、工作机理、物理模型、力电特性、原型应用等方面开展研究，掌握材料制备方法和工作特性，从认识工作机理出发建立材料模型，应用于原型设计与控制。研究内容：

• 大变形力电耦合机制与物理模型
• 大规模稳定的材料优化制备工艺
• 多尺度刚柔复合驱动机构设计方法
• 柔性感知-驱动一体化设计与驱控

应用价值

• 软体仿生机器人（如：机器鱼等）
• 未来医疗健康、穿戴设备和消费电子等领域（如:触觉反馈）
• 柔性光学、电磁和声学超材料