英国最大的机器人实验室 Jonathan Rosstier 团队（SoftLab Bristol）在IEEE Transactions on Robotics发文，详细报道了静电吸附的工作原理、建模、设计、制造、表征、及其在机器人领域应用等。
撰文 郭江龙
编辑 戚译引
静电吸附技术源自于一个世纪前两位丹麦科学家 F. A. Johnsen 和 K. Rahbek 对两材料之间加载一定电压之后产生吸附力的研究和相关发明。自此，静电吸附技术被广泛用于静电吸盘和夹持器（图 1）、蠕动和爬壁机器人（图 2）、主动机器吸附（图 3）以及触觉技术领域（图 4）[1]。
图 1：静电吸附夹持器，根据材料和结构可以分为硬、柔性、可拉伸三类。
图 2：静电吸附在蠕动和爬壁机器人领域的应用，根据移动方式可以分为履带式、一维腿式、二维腿式三类。
图 3：静电吸附在主动机器吸附领域的应用，包括模块化机器人、转弯作业、变刚度智能材料、锚定作业、栖息作业、可穿戴设备、翻书作业、以及密封作业。
图 4. 静电吸附在触觉技术领域的应用。
一个经典静电吸附系统一般由四部分组成（图5）：（1）静电吸附复合材料和结构；（2）高压源；（3）控制单元以及（4）被吸附材料。当给静电吸附装置的电极加载一定的电压（一般在 1-6 千伏），吸附设备和被吸附材料之间会诱发静电吸附力，从而实现主动吸附或者抓取。被吸附材料的主动释放可以通过断电来实现。
图 5. 经典静电吸附系统。
相比其他吸附方式（比如磁吸附、负压吸附、仿生吸附），静电吸附的独特优势包括：（1）可适应各种不同材料和环境；（2）可带来轻便简单的机械和控制系统；（3）低能耗；（4）适合吸附易碎或者高价值材料[1]。当然，静电吸附技术也存在一些局限性，包括：（1）需要加载一定的高压；（2）产生的吸附力相对较小且会随着环境变化而变化。
本文是静电吸附技术的第一篇综述，详细报道了静电吸附的工作原理、建模、设计、制造、表征、及其在机器人领域应用，并且对该技术的建模、设计和制造、快速吸附和释放、形状自适应静电吸附、以及智能静电吸附进行了深入讨论和展望。作者建议从材料、制造、应用物理等基础学科层面了解该技术，以更好的控制、应用、以及商业化该技术。
总之，静电吸附可以作为一个前沿、多学科交叉的研究方向。静电吸附研究平台可以用来激励探索基于高压的应用物理基础问题、新静电吸附软智能材料和结构制造工艺、以及新感知和控制算法。作者认为，感兴趣的同仁可以多合作，从而加快对该技术的全面了解和应用。
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作者简介：本文第一作者是郭江龙博士，通讯作者是哈尔滨工业大学冷劲松教授。郭江龙博士目前在英国最大的软体机器人实验室 SoftLab Bristol 工作，主要研制集感知、驱动、吸附于一体的机器材料以及它们在材料抓取和医疗领域的应用。
郭博士一直致力于：（1）静电吸附力建模和表征；（2）提高静电吸附系统的适应性、智能程度以及稳定性。将软智能材料和结构与静电吸附结合，不仅能使静电吸附系统主动适应和抓取复杂曲面，而且还能提高静电吸附系统的智能程度。两个比较典型的例子包括：一种基于介电弹性体驱动器-软静电吸附的智能复合材料[2]和一种基于液态金属-硅胶管的智能复合材料[3]。
图 6：基于介电弹性体驱动器-软静电吸附的智能复合材料，集驱动、本体和外体感知、以及吸附功能于一体。
图 7：基于液态金属-硅胶管的智能复合材料，平面、可拉伸特斯拉线圈结构可实现软吸附和多模态感知功能。
论文信息
【标题】Electroadhesion Technologies for Robotics: A Comprehensive Review
【作者】Jianglong Guo, Jinsong Leng, and Jonathan Rossiter
【期刊】IEEE Transactions on Robotics
【日期】31 December 2019
【DOI】10.1109/TRO.2019.2956869
【链接】https://ieeexplore.ieee.org/document/8946902
【摘要】Electroadhesion (EA) is an electrically controllable adhesion mechanism that has been studied and used in fields including active adhesion and attachment, robotic gripping, robotic crawling and climbing, and haptics, for over a century. This is because EA technologies, compared to other existing adhesion solutions, facilitate systems with enhanced adaptability (EA is effective on a wide of range of materials and surfaces), reduced system complexity (EA systems are both mechanically and electrically simpler), low energy consumption, and less-damaging to materials (EA, combined with soft materials, can be used to lift delicate objects). In this survey, we comprehensively detail the working principle, modeling, design, fabrication, characterization, and applications of EA technologies employed in robotics, aiming to provide guidance and offer potential insights for future EA researchers and applicants. Joint and collaborative efforts are still required to promote the in-depth understanding and mature employment of this promising adhesion and gripping technology in various robotic applications.
新闻稿参考来源：
[1] J. Guo, J. Leng, and J. Rossiter, Electroadhesion technologies for robotics: A comprehensive review, IEEE Transaction of Robotics, 2020 (https://ieeexplore.ieee.org/document/8946902)
[2] J. Guo, C. Xiang, and J. Rossiter, A soft and shape-adaptive electroadhesive composite gripper with proprioceptive and exteroceptive capabilities, Materials & Design, 2018 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127518305574)
[3] J. Guo and J. Rossiter, Stretchable bifilar coils for soft adhesion and sensing, Materials & Design, 2020 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127520300782)
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