安泰高压放大器在微纳机器人研究中的应用介绍

微纳机器人是一类尺寸在微米到纳米量级的机器人，具有在微观环境下执行复杂任务的能力，在生物医学、环境监测、工业制造等领域展现出巨大的应用潜力。然而，由于其尺寸极小，传统的驱动和控制方法难以直接应用，因此需要借助高压放大器等高性能设备来实现对微纳机器人的精确操控。

图：高压放大器在驱动介电弹性体机器人的应用

一、高压放大器在微纳机器人中的关键作用

（一）提供高电压驱动

微纳机器人的驱动往往需要较高的电压来克服其微小尺寸下的表面效应和摩擦力。高压放大器能够将信号发生器产生的低电压信号放大到足够高的电压水平，为微纳机器人的执行器提供必要的驱动电压。例如，在液态金属微型马达的研究中，高压放大器可在其表面形成厚厚的氧化膜，降低附着力，使其能够在固体界面上实现三维跳跃运动。

（二）精确控制运动

微纳机器人在执行任务时需要高度精确的运动控制。高压放大器能够精确调节输出信号的幅值、频率和相位，从而实现对微纳机器人运动的精确导航。例如，在赫姆霍兹线圈三维磁场的微纳机器人控制实验中，通过高压放大器与三相独立设定及输出控制相结合，能够产生高频磁场变化，实现对微纳机器人定向运动的精确控制。

图：ATA-7030高压放大器在电致变形柔性致动器表情机器人实验中的应用

（三）增强信号处理能力

微纳机器人在工作过程中会产生微弱的信号，需要进行放大和处理才能被有效检测和分析。高压放大器不仅可以放大驱动信号，还可以放大传感器信号，提升系统的灵敏度和响应速度。这有助于研究人员更准确地监测和分析微纳机器人的运动状态和周围环境。

二、高压放大器在微纳机器人中的应用案例

（一）液态金属微型马达

在非液体环境中，利用可编程微电极阵列对家基液态金属微型马达进行三维操控。在高压放大器高电压的作用下，液态金属微型马达表面迅速形成厚厚的氧化膜，大大降低了其附着力。当将其置于直流电场下时，可实现在固体界面上的三维原地跳跃运动，并通过预编程的电场进行精确导航。这种液态金属微型马达未来有望在各种环境中完成更为复杂的任务，如在空气、流体、真空、固体表面和多相界面等。

图：高压放大器在介电弹性体制成的软机器人研究中的应用

（二）压电驱动的微纳机器人

压电材料在微观尺度下具有优异的机械和电学性能，常用于微纳机器人的驱动。高压放大器能够提供高电压信号，激发压电材料产生机械变形，从而驱动微纳机器人的运动。

（三）软体微纳机器人

在软体机器人领域，高压放大器可用于控制和驱动机器人的执行器，实现精确的形变和运动。ATA-7100高压放大器能够提供高达20kVp-p（±10kVp）的高压输出，带宽可达DC~1.2kHz，适用于驱动高压型负载，如介电弹性体等软体材料。这种软体微纳机器人在仿生机器人、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。

图：ATA-7000系列高压放大器指标参数

高压放大器在微纳机器人研究中发挥着不可替代的关键作用。它能够提供高电压驱动，实现对微纳机器人运动的精确控制，并增强信号处理能力，为微纳机器人的研究和应用提供了强大的技术支持。随着微纳机器人技术的不断发展，高压放大器将在更多领域发挥重要作用，推动微纳机器人技术的创新和突破。

审核编辑 黄宇