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铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变, 其长度和体积都要发生微小的变化, 这种现象称为磁致伸缩。
20世纪60年代发现某些稀土元素在低温时磁伸率达3000×10-6～10 000×10-6,人们开始关注研究有适用价值的大磁致伸缩材料。
研究发现,TbFe2(铽铁)、SmFe2(钐铁)、DyFe2(镝铁)、 HoFe2(钬铁)、TbDyFe2(铽镝铁)等稀土－铁系化合物不仅磁致伸缩值高, 而且居里点高于室温, 室温磁致伸缩值为1000×10-6～2500×10-6, 是传统磁致伸缩材料如铁、镍等的10～100倍。 这类材料被称为稀土超磁致伸缩材料(Rear Earth Giant MagnetoStrictive Materials, 缩写为RE-GMSM)。
这一现象已用于制造具有微英寸量级位移能力的直线电机。为使这种驱动器工作, 要将被磁性线圈覆盖的磁致伸缩小棒的两端固定在两个架子上。当磁场改变时, 会导致小棒收缩或伸展, 这样其中一个架子就会相对于另一个架子产生运动。一个与此类似的概念是用压电晶体来制造具有毫微英寸量级位移的直线电机。
美国波士顿大学已经研制出了一台使用压电微电机驱动的机器人——“机器蚂蚁”。 “机器蚂蚁”的每条腿是长1 mm或不到1 mm的硅杆， 通过不带传动装置的压电微电机来驱动各条腿运动。这种“机器蚂蚁”可用在实验室中收集放射性的尘埃以及从活着的病人体中收取患病的细胞。
2.埃斯顿机器人形状记忆金属
有一种特殊的形状记忆合金叫做Biometa
在这个温度附近, 合金的晶格结构会从马氏体状态变化到奥氏体状态,并因此变短。然而,与许多其他形状记忆合金不同的是,它变冷时能再次回到马氏体状态。如果线材上负载低的话,上述过程能够持续变化数十万个循环。
实现这种转变的常用热源来自于当电流通过金属时,金属因自身的电阻而产生的热量。结果是,来自电池或者其他电源的电流轻易就能使生物金属线缩短。
这种线的主要缺点在于它的总应变仅发生在一个很小的温度范围内,因此除了在开关情况下以外, 要**控制它的拉力很困难,同时也很难控制位移。
3. 埃斯顿机器人静电驱动器
这种执行器有下列特征:
(1)因为移动子中没有电极, 所以不必确定与定子的相对位置, 定子电极的间距可以非常小。
(2)因为驱动时会产生浮力,所以摩擦力小,在停止时由于存在着吸引力和摩擦力, 因此可以获得比较大的保持力。
(3)因为构造简单, 所以可以实现以薄膜为基础的大面积多层化结构。
基于上述各点, 把这种执行器作为实现人工筋肉的一种方法, 受到了人们的关注。
4. 埃斯顿机器人超声波电机
超声波电机的工作原理是用超声波激励弹性体定子，使其表面形成椭圆运动， 由于其上与转子(或滑块)接触， 在摩擦的作用下转子获得推力输出。如图2.78所示， 可以认为定子按照角频率ω0，进行超声波振动， 在预压W作用下， 转子被推动。
超声波电机的负载特性与DC电机相似， 相对于负载增加， 转速有垂直下降的趋势，将超声波电机与DC电机进行比较， 它的特点有： ① 可望达到低速、 高效率； ② 同样的尺寸， 能得到大的转矩； ③ 能保持大转矩； ④ 无电磁噪声； ⑤ 易控制； ⑤ 外形的自由度大等。
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