0

Soft Robot Drive: geschickt und stark

Im Vergleich zu herkömmlichen robusten Robotern mit Schwermetallen und angebundenen Motoren, weiche Roboter, aus weichen Materialien, zeigen vielversprechende Arbeit, wie intelligente biologische Organismen, da sie einen größeren Freiheitsgrad haben, чтобы быть ловкими и приспосабливающимися к изменениям окружающей среды. Однако их мягкость также может быть проблематичной, когда дело доходит до сложных деформаций формы или тяжелой работы.

Для точного и локального контроля формы и передвижения мягких роботов со значительной деформацией и силой требуются исполнительные механизмы, которые очень отзывчивы и прочны.

Среди различных мягких и чувствительных материалов жидкокристаллические эластомеры (LCE) демонстрируют собственную анизотропию и обратимую деформацию формы во время фазовых переходов при воздействии внешних раздражителей, включая тепло и свет, которые очень желательны для исполнительных механизмов. Управляя молекулярным выравниванием молекул жидкого кристалла внутри сети, можно запрограммировать передвижение LCE. Dennoch, пространственный контроль выравнивания обычно требует многоэтапного изготовления и ограничивает размеры приводов. Как и эластомеры, большинству приводов LCE также не хватает желаемой механической прочности для создания большого объема работы.

Вдохновленный костно-мышечной системы у человека и других животных, наша команда во главе с профессором Шу Ян в Университете Пенсильвании недавно разработал метод экструзии на основе для изготовления приводов накаливания LCE метровых.

Для повышения механической прочности нити в эластомеры добавляли до 2 мас.% Углеродных нанотрубок, которые известны своей сверхвысокой прочностью, малой массой и высокой электрической и теплопроводностью. Außerdem, небольшое количество нанокристаллов целлюлозы, уникального типа наноматериала, полученного из волокон растительной целлюлозы, было смешано для улучшения выравнивания молекул жидкого кристалла внутри нити, что существенно для достижения анизотропных и обратимых механических реакций.

Способность углеродных нанотрубок поглощать ближний инфракрасный свет и выделять тепло может вызвать фазовый переход в LCE, что приводит к срабатыванию нити на свету. Комбинируя медные провода с нитью, передавая электрический ток для нагрева, гибридная нить LCE также является электротермически чувствительной.

deshalb, привод нити накаливания имеет двойную чувствительность и может быстро и обратимо приводиться в действие путем подачи либо ближнего инфракрасного света, либо небольшого напряжения (8 die), как показано на рисунке ниже.

Схематическое изображение активаций, реагирующих на ближний инфракрасный свет (левая панель) и электротермических реакций (правая панель), с использованием жидкокристаллических эластомерных нитей, легированных углеродными нанотрубками.

Нить может быть помещена в произвольные структуры или интегрирована в робототехнику системного уровня для различных типов передвижения. Максимальная работоспособность (способность исполнительных механизмов выполнять механическую работу) ist 38 Дж на килограммзначение, сопоставимое со значением скелетных мышц у млекопитающих.

«Наш гибридный дизайн из нити LCE позволяет мягким роботам поднимать тяжелые предметы, не уменьшая их ловкость. Stärke, создаваемая во время приведения в действие, является одним из самых высоких значений в современных мягких приводах », – сказал Ючонг Гао, ведущий автор статьи. «Мышечная форма нити, обеспечивающая еще большую степень свободы по сравнению с традиционными пленочными приводами, также идеально подходит для интеграции в различные типы мягких интеллектуальных роботизированных систем».

Hinterlasse eine Antwort

Deine Email-Adresse wird nicht veröffentlicht.