科学家通过力学试验机、微观SEM表征等联合技术揭示了PVDF（聚偏二氟乙烯）压电薄膜与不一样的材料（如碳纤维、PET和羽毛）的相互作用！

　　仿生羽毛拍动翼机器人是一种新兴的研究领域，因其在高机动性、敏捷性和隐形飞行等领域的潜在应用，引起了广泛关注。与传统的固定翼无人机设计相比，羽毛拍动翼机器人具有更灵活的翼部结构，可以在一定程度上完成更加复杂的飞行动作，提供更长的滑翔距离和飞行时间。然而，模仿鸟类翼部整合的体感传感器以实现精确的飞行感知，面临着严格的重量限制，这也为高效的传感系统模块设计带来了巨大挑战。

　　为了解决这样一些问题，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院颜志淼教授以及机械与动力工程学院谭婷团队携手在仿生羽毛拍动翼机器人感知系统的研究中取得了新进展。该团队设计了一种基于羽毛-压电材料的生物混合机械感受器，成功模仿了鸟类的机体感知系统。通过结合羽毛的振动结构和柔性压电材料，该感受器实现了更精确的机械感知，并通过耦合振荡器的交互作用和坚固的微结构粘附，优化了传感性能。利用卷积神经网络和灰狼优化算法，该系统不仅仅可以感知空气流速和翼拍频率，还能够最终靠羽毛碰撞检测翼形变化，并感知俯仰角等飞行参数。

　　该研究通过运动捕捉验证了其低重量、精准的感知能力，在提升拍动翼机器人飞行状态感知方面取得了显著成果。这一创新性的生物混合感知系统为未来更轻量化、更集成的仿生飞行器提供了新的技术路径和理论依照，特别是在复杂飞行动作和自然鸟类飞行监测领域具有广泛的应用前景。

　　仪器解读】本文通过多种表征手段，深入探讨了PVDF（聚偏二氟乙烯）压电薄膜与不一样的材料（如碳纤维、PET和羽毛）的相互作用。利用拉伸试验机对粘附性能来测试，获得了材料的剥离力-位移曲线，从而揭示了PVDF与各类材料之间的粘合强度差异。此外，针对材料疲劳现象，采用3D打印技术制作的夹具与振动台结合，模拟了在频率为30Hz的条件下，PVDF薄膜与羽毛的疲劳行为，得到了疲劳过程中的微观机理。

　　在这项研究中，作者通过对材料的微观结构可以进行表征，观察了羽毛在弯曲实验中的力学响应。借助激光位移传感器监测羽毛的弯曲位移，分析了PVDF薄膜在不同弯曲角度下的电信号输出。通过这一微观机理的表征，得到了不同结构的材料在变形过程中的压电响应，为进一步理解材料的能量转换机制提供了重要依据。

　　在此基础上，采用能量采集实验，研究了PVDF薄膜在实际应用中的自供电特性。通过搭建整流桥电路，将PVDF薄膜的交流电压转换为直流电，并通过电容器存储能量。实验结果为，在不同的拍打频率下，PVDF薄膜能够有效产生电压，表明其在能量收集方面的潜力。这些表征手段的结合，不仅揭示了PVDF在不同环境下的工作特性，还为开发新型自供电材料奠定了基础。

　　进一步地，作者的实验还包括了利用Arduino开发板和L298N模块实现的时变频率拍打实验。经过控制电机的正负电压输入，作者能够调节拍打的速度，利用IL系列激光位移传感器实时记录拍打过程中的位移变化。对PVDF薄膜的电信号和位移信号进行同步采集，为理解其在动态环境下的工作性能提供了丰富的数据支持。

　　总之，经过上述多种表征手段的综合应用，作者深入分析了PVDF薄膜与不一样的材料的相互作用及其微观机制，进而开发出了具备优秀能力性能的新材料。这一研究成果不仅推动了压电材料的基础研究，还为其在柔性电子设备、能量收集系统等领域的应用进步提供了新的思路。通过对表征结果的系统分析，作者为未来材料设计和应用提供了理论依照，为推动新型功能材料的研发与应用奠定了坚实基础。

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