空间机器人的研究与仿壁虎机器人关键技术

简要回顾了国内外空间机器人的应用需求、结构性能和未来发展,提出空间机器人面临的科学问题和关键技术.空间机器人可分为机械臂系统、带陪护功能的机器人和检测服务机器人,特别关注基于范德华力机制,有望实现微重力下在空间站表面实现仿生壁虎机器人及干黏附的进展和关键技术.机械臂系统应特别关注满足高刚度结构轻量化需求的新材料、新设计和新制造技术、机械臂-作业对象-空间站多体系统动力学、真空-微重力-高低温-宇宙辐射特殊环境下机械臂运动系统的润滑技术等问题.带陪护功能的机器人需要研究在密闭、狭小、失重环境下,航天员生理、心理和行为的变化规律及其机器人构型、陪护效果和辅助作业的要求和解决方案,研究陪护需要的高级人工智能技术,从语音识别、表情识别到自然语义理解等交叉学科的问题.检测维护机器人的关键是发展高低温、空间辐射、真空及微重力下实现固体间的稳定接触技术、干黏附微纳米有序刚毛阵列的制造技术和基于干黏附的机器人设计和运动规划技术.     

双网络弹性体的设计及结构与性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟构建了可修复的物理交联网络/共价键交联网络双网络的粗粒度模型,发现在高温下通过交联反应形成的化学交联网络符合动力学关系,与实验上的交联反应一致.本文主要通过改变物理网络中交联点间的非键相互作用强度和共价键网络的交联度,来实现性能的调控.结果表明,物理网络中交联点间的非键相互作用强度只有超过5.0ε时,链段才会出现有效聚集、形成物理交联点,以此提升其力学性能.通过提升共价网络交联度,物理网络对应力的贡献也显著提升,体系力学性能明显提高.同时,可逆的物理网络赋予了材料良好的自修复性能.本工作将为具有自修复功能的多重弹性体网络的设计提供指导.     

分子动力学模拟研究穿透肽的跨膜机制及引导新肽设计

细胞穿透肽在体内缺乏细胞和组织专一性,使得这类载体的临床应用受到很多限制.成功设计各类疾病特异性靶向穿透肽的关键是充分认识这类多肽的跨膜分子机制.分子动力学模拟已逐渐成为开展该领域研究不可或缺的重要工具,与实验研究相互促进,对特异性靶向穿透肽的设计具有重要的指导作用.目前,利用分子动力学模拟主要开展的研究内容包括跨膜过程、跨膜自由能变化、多肽序列结构特征以及不同细胞膜组成如何影响其跨膜机制等.随着分子模型及增强采样方法的发展,单组模拟能够直接快速获取多肽跨膜自由能和构象变化.因此,分子动力学模拟对如何改造或设计细胞靶向穿透肽提供理论依据和指导,对改善药物跨膜能力、减少药物对其他健康组织的毒害等方面有着重要的科学和实际意义.     

不同衬底温度下[Tb/Fe/Dy]n纳米多层膜的结构、磁性能及超磁致伸缩性能研究

采用多靶磁控溅射仪分别在室温和衬底温度为300℃条件下制备了具有精确组分为Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的[Tb/Fe/Dy]_n纳米多层膜. 研究结果表明, 纳米多层膜在沉积过程中形成了微柱状结构,薄膜样品的磁性能和超磁致伸缩性能表明薄膜样品具有明显的垂直各向异性. 尽管纳米多层膜具有垂直各向异性, 但仍具有超磁致伸缩性能. 特别是衬底温度300℃制备的纳米多层膜, 由于Laves相R-Fe₂纳米晶的析出使得超磁致伸缩性能有了显著的提高. 在很小的外磁场(0.18 T)时, 衬底温度300℃条件下制备的样品超磁致伸缩值为89.3 ppm (1 ppm= 1×10^-6), 约为室温条件下制备的样品在此磁场下超磁致伸缩值23.5 ppm的4倍. 同时还研究了垂直磁各向异性薄膜的磁化过程与超磁致伸缩性能的关系.