近期，控制科学与工程学院徐昌一副教授作为共同通讯作者与浙江大学机械学院张超研究员、祝毅教授合作在《自然-通讯》（Nature Communications）发表研究成果柔性电液动力芯片（Flexible electro-hydraulic power chips），通过模块化逻辑设计思想将多路流体动力源“芯片化”，从而实现小型机器人系统的多路驱动与复杂控制及高功率密度输出。这项技术或将为小型机器人、可穿戴设备等提供新的轻量便携的解决方案。

研究团队受电子芯片中晶体管模块化柔性设计的启发，开发了电液动力芯片的基础单元—电液动力“二极管”单元（图1a），并通过导电材料和绝缘材料协同的多材料3D打印技术（图1b），实现小型轻量的电液动力“二极管”单元的自由制造（图1c）,该单位通过电流体动力原理可输出可控的单向流动和压力输出（图1d）。此外，电液动力“三极管”基础单元（图1e）也可进一步被制造来实现双向可控的流动和压力输出（图1f-h）。

图1 柔性电液动力晶体管的设计、制造与功能

同时，基于电液动力“二极管”和“三极管”单元，可实现电液动力芯片的扩展设计与制造（图2）。（1）二维平面单流道设计：电液动力晶体管单元可扩展为平面内单流道内的串联和并联设计与制造，实现流体动力的流量和压力的增加，并可通过高度的可控打印实现流道高度方向提高；（2）二维平面多流道设计：电液动力晶体管单元可扩展为平面内多交叉流道或多独立流道的设计；（3）三维体积多流道设计：电液动力晶体管单元可扩展为体积内多流道设计。因此，通过电液动力芯片的“点-线-面-体”全方位系统设计，可满足不同流体动力系统的精密调控需求。

图2 电液动力芯片的“点-线-面-体”全方位系统设计

最后，研究团队将不同的流体动力芯片用于多回路可穿戴热管理设备与小型水母机器人等案例展示了电液动力芯片的的传热传质和精密调控能力：（1）多回路可穿戴设备：将五流路电液动力芯片嵌入穿戴式手套（图3a），配合半导体冷却源，可实现任意手指的选择性冷却（图3d-h）；（2）仿生水母机器人：将4个独立电液动力芯片嵌入水母机器人来驱动“触手”周期性伸缩（图4a-d），使其快速游动（图4e）。

图3 电液动力芯片驱动的穿戴式手套

图4 电液动力芯片驱动的小型水母机器人

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56636-w