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【导语】深夜的机场停机坪，一架长途飞行的客机亟待检修。传统航空发动机维护耗时数周，但西安交通大学团队研发的“机械蛇”——一种直径仅16毫米的电缆驱动连续体机器人（CDCR），正探索实现原位维护的新可能。面对发动机内部复杂环境的挑战，团队通过优化结构与创新模型，成功解决了柔性机器人形态预测不准的难题。这一突破不仅有望缩短航空维护时间，更在石油管道检测、核电站维护等领域展现出广阔应用前景，重新定义人类对狭小空间的探索能力。

深夜的机场停机坪上，一架刚完成长途飞行的客机亟待检修。传统维护流程需要将重达数吨的航空发动机从机翼拆卸，耗时长达数周。而此刻，一条由西安交通大学团队研发的“机械蛇”正蜿蜒穿过发动机叶片阵列——这条直径仅16毫米、长度达360毫米的电缆驱动连续体机器人（CDCR），正在验证航空发动机原位维护的可行性。

痛点破解：当柔性遇上精度难题

航空发动机内部如同“金属迷宫”，遍布直径不足20毫米的检测通道。传统刚性(xìng)机(jī)械(xiè)臂(bì)难(nán)以(yǐ)施(shī)展(zhǎn)，而(ér)柔(róu)性连续体机器人又面临形态预测不准的瓶颈。论文第一作者杨哲帅指出：“现有模型在重力、摩擦等因素影响下，形态预测误差会随着机器人长度增加呈指数级增长。”

研究团队发现，电缆与导向孔之间的摩擦力是导致误差的关键因素。就像穿行于复杂管道的缆绳，机器人(rén)每(měi)经(jīng)过(guò)一(yī)个导向孔都会产生方向各异的摩擦力。更棘手的是，重力影响不仅来自金属圆盘，占整机重量30%的电缆、锁紧装置等部件的重心偏移同样不可忽视。

技术突破：给摩擦力装上“智能开关”

团队对机器人结构进行了巧妙优化：将原本线接触的导向孔改为点接触设计，如同把“滑动摩擦”转化为“滚动摩擦”。在此基础上建立的可变摩擦系数模型，能根据关节弯曲角度自动调整摩擦参数。实验数据显示，新型摩擦模型使末端定位精度提升89.69%，在72度大弯曲工况下仍保持0.67%的毫米级误差。

针对重力影响，研究首次建立全组件重力模型。通过激光跟踪仪测量发现，当机器人长度达到直径的22.5倍时，忽略电缆重力的模型会产生7.25毫米误差，相当于在1米尺度下错判7厘米——这对于要在毫米级间隙中穿行的机器人而言是致命缺陷。

实战验证：穿越叶片阵列的“机械蛇”

在模拟低压压气机的叶片阵列实验中（图20），搭载内窥镜的机器人成功完成二级叶片检测。视觉系统记录显示，其能在-216°至+216°弯曲范围内灵活避障。轨迹跟踪实验（图19）中，连续运动的末端定位误差始终控制在9.3毫米以内，相当于在3.6倍身长移动中误差不超过2.6%。

团队搭(dā)建(jiàn)的(de)测(cè)试(shì)平(píng)台(tái)（图(tú)10）揭(jiē)示(shì)更(gèng)多(duō)细(xì)节(jié)：当(dāng)加(jiā)载(zài)20克末端载荷（相当于机器人自重1.4倍）时，模型预测仍保持0.77%误差。这种精度使得机器人可携带微型加工工具，未来或能实现叶片表面损伤的在线修复。

未来展望：从实验室到真实发动机

目前该技术已申请多项国家发明专利。研究团队透露，下一步将与航空企业合作，在真实发动机环境中测试耐高温版本机器人。正如通讯作者杨来浩所说：“我们追求的不仅是柔软灵活，更要让柔性机器人具备‘钢铁般’的可靠精度。”

这项突破的意义不止于航空领域——在石油管道检测、核电站维护等场景中，这种能精准预测自身形态的“机械蛇”，正在重新定义人类探索狭小空间的极限。