可变形机翼（MWs）是未来飞行器研发的热点领域，其通过动态改变形状与角度实现飞行姿态的实时调节，在飞行探测、低空经济等领域具有巨大的发展潜力。然而现有可变形机翼研究中的位姿实时反馈控制系统较为复杂，反馈过程不够简洁直观。
近日，太原工业学院赵鹏飞副教授课题组与西安交通大学李博教授课题组联合报道了一种综合纯剪切介电弹性体与可拉伸光子晶体的柔性可变形机翼姿态视觉调控技术。通过将可拉伸光子晶体（SPC）与纯剪切介电弹性体（DE）结合，制备出具有角度自感知能力的柔性蒙皮（FS），再与3D打印骨架构成柔性可变形机翼（FMW），可依据结构色变化直观感知其位姿改变，为可变形机翼的位姿监测与控制提供了简洁方案。相较于未集成SPC的FMW，在确保能量输出能力不受影响的前提下，通过FMW对应变与角度的视觉感知能力，最终实现了应变与角度范围控制的更高精度。研究结果表明：集成SPC的FMW具备应变与角度视觉感知能力，这为未来可变形翼飞行器的空中姿态控制提供了新路径与可能性。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。
柔性可变形机翼姿态视觉调控机理、效果及样品实物图
研究人员通过将结构色光子晶体（SPC）与纯剪切型介电弹性体（DE）相结合，制备出一种具有角度视觉传感能力的柔性蒙皮。随后，该蒙皮与 3D 打印框架组合，形成了可通过结构色视觉感知弯曲角度变化的柔性变形翼（FMW）。在表征实验中，对柔性变形翼的机电性能进行了测试。结果显示，当电压达到约 6500 V 至 7000 V 时，最大应变可达 30.3%，且柔性蒙皮的最大输出力能达到 517 mN。同时，根据层数和预拉伸比对柔性变形机翼力学性能的影响，选定 3 层结构和 4.5×4.5 的预拉伸比作为标准制备条件。对柔性变形翼的电光性能的测试结果表明，当弯曲角度达到 26° 和 48° 时，结构色光子晶体分别呈现绿色和蓝色，这意味着柔性变形机翼能够通过颜色变化准确判断机翼姿态的角度范围。之后，对多达 50 个柔性变形机翼样品的角度视觉传感能力进行了测试，结果显示所制备的柔性变形机翼具有优异的角度视觉传感稳定性。最后，对比了集成与未集成结构色光子晶体的柔性变形机翼在电压作用下的应变控制能力。结果表明，集成结构色光子晶体后，借助其对应变和角度的视觉传感能力，应变和角度范围的控制更加精确。同时，对两种情况下柔性变形翼的质量能量密度进行对比后发现，集成结构色光子晶体对柔性变形机翼自身的能量输出能力无明显影响。这种技术为未来变形机翼飞行器的空中姿态控制提供了新的思路。
该项目研究获得国家自然科学基金（52075411）、山西省科技重大专项计划（202201140601023）、山西省基础研究计划联合资助项目（TZLH20230818013）等的资助，谨此感谢。
论文信息：
Visual Modulation of the Flexible Morphing Wing Pose Utilizing Pure Shear Dielectric Elastomer and Stretchable Photonic Crystal
Pengfei Zhao, Bo Li, Ye Li, Jia Liu, Pu Wu, Zhengzhao Gu, Lixia Cheng, Teng Wang, Hualing Chen
Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.202501017
