轴对称介电弹性膜的简化离散模型及其机器人应用

软体机器人利用充气介电膜可通过施加非机械场实现复杂功能。然而，由于当前仿真存在计算效率低和难以处理复杂外部相互作用等局限，软体机器人的设计与控制往往需要试错。因此，发展一种新型基于一维（1D）离散微分几何（DDG）的数值模型，用于分析轴对称充气介电膜的高度非线性力学。该模型能够捕捉膜片在充气压力和电刺激下的复杂动力学。使用准弹性基准进行全面验证，证明模型的准确性和可靠性。此外，针对电力-机械耦合，阐明了膜片在不同内压和电负荷下的行为特征。本研究进一步将这些发现转化为创新的软体机器人应用，包括球形软体执行器、软体圆形液体泵和软体环形夹具，其中电弹性膜的穿越行为发挥关键作用。我们的分析表明，电弹性膜在电刺激下发生穿越后，可放大软体机器人的功能范围。本研究强调了基于DDG的仿真在理解电弹性膜非线性力学及指导软体机器人中电弹性执行器设计方面的潜力。