1. 基于压电作动的智能机器人技术（技术基础：机器学习，信号与图像处理，精密驱动）

机器人在海洋探测领域发挥着日益重要的作用，可以完成深海资源探测、海洋水文监测以及深海打捞救助等任务。鉴于水下机器人在民用与国防上的重要性，依托压电精密驱动技术的最新进展，提出一种具有无线遥控功能的水下机器人（图1），以高功率密度的双转子输出型超声电机作为机器人的动力推进装置，不同机器人个体之间在电磁场的控制下完成结构重组，进而提升机器人集群在复杂水域中的机动性和环境适应能力（图2）。采用超声电机驱动的水下机器人，克服了驱动单元与重构单元的相互电磁干扰问题，可实现无电磁屏蔽结构设计，有效地减小了单元个体的尺寸与重量，获得一项江苏省自然基金项目支持（No. BK20181292）。

图1 基于压电驱动的智能水下机器人平台

图2 水下机器人的智能化控制

2. 用于先进航空器的超声喷丸成形技术（技术基础：神经网络优化，深度学习，表面工程，耦合场分析）

超声喷丸作为一种新型的喷丸技术，具有绿色无污染、操作简便和高效稳定的特点，在对简单构型大尺寸部件实施精确成形、校形和表面强化方面，发挥着不可替代的作用。因此，在国际著名的飞机制造公司中均得到了大量的成功应用。我国目前在大飞机等复杂曲面薄壁板件制造方面（图3），迫切需要在超声喷丸等先进制造技术装备实现自主创新。课题组在已有的功率超声器件设计技术研究基础上，面向航空制造领域的轻质合金结构校形需求，针对包含复杂曲率的整体壁板及腔体的框类部件，将超声振动模态理论用于指导便携式超声喷丸装置的设计（图4），提出具有多种工作模态的超声喷丸加工技术装备，精确校准结构部件的不规则形变，提升部件内部关键位置的表面强度。研究成果为推动我国具有自主产权的高性能超声喷丸装置在先进智能材料部件的制造等领域奠定了基础，获得一项国家商飞创新基金项目支持。

图3 用于航空航天制造领域的超声喷丸技术

图4 喷丸换能器及冲击过程的有限元计算流程

3. 微纳超声机器人技术（技术基础：先进制造，3d/4d打印，虚拟现实技术，机器学习）

微纳米机器人技术在先进制造，航空航天，电子工业和生物医疗等领域的应用前景广阔，精密声流控技术是微纳米机器人的重要驱动方式之一。本课题组利用在微小型超声电机研究方面总结的技术经验，研制了初期的基板型声操控平台，实现了对不同构型微纳米器械的定向操控，并且获得两项国家自然科学基金项目支持（No. 51505222, No. 51975278）。

图5 精密声流控技术的基本原理

图6所示为不同类型纳米机器人的声流场驱动效果。运用模板辅助电化学沉积的方法制备了管状微机器人（图6a），设计了迷宫型二维复杂微结构（图6b），然后开展了不同粒径聚苯乙烯（PS）微球的驱动特性研究，表明声流场对微纳颗粒的作用效果具有较好的重复性。此外构建了用于捕获分选的声操控机器人平台，针对不同尺寸的微纳颗粒开展了声操控捕获的基础研究（图6c）（ACS Nano 19, Small 18封面文章, Small 21, ACS Applied Materials and Interfaces 17， 2018年国际功能材料与器件研讨会（GW-FMD 2018）特邀报告）。

图6 声流场对不同构型微纳机器人的操控技术研究