用于新設(shè)備機(jī)器人的軟驅(qū)動(dòng)方法

一種新的致動(dòng)方法可以改變平板彈性體的形狀，具有快速和可逆的作用，適用于機(jī)器人和其他應(yīng)用中的新設(shè)計(jì)。哈佛大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種可重新配置的軟驅(qū)動(dòng)器，可以模擬自然界中復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，以開發(fā)下一代機(jī)器人技術(shù)。哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種方法，通過施加電壓的快速和可逆驅(qū)動(dòng)來改變平板彈性體的形狀。研究人員表示，該方法可以將彈性體重新配置成不同的形狀。通過ATX，您將學(xué)習(xí)如何在智能制造中實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)率以及在制造業(yè)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位的其他方式。與450多家供應(yīng)商會(huì)面，了解虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在制造業(yè)中的作用。學(xué)到更多!

研究該項(xiàng)目的SEAS研究生Ehsan Hajiesmaili說，這種新方法擴(kuò)展了典型的線性運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的驅(qū)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)通常存在于發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)等機(jī)械系統(tǒng)中。線性運(yùn)動(dòng)是指物體以直線從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)涉及在軸上旋轉(zhuǎn)的物體。

然而，在自然界中發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要復(fù)雜得多。例如，我們的眼睛可以通過收縮柔軟的肌肉來改變角膜的形狀來改變焦點(diǎn)。這與相機(jī)的合成移動(dòng)形成對(duì)比，相機(jī)通過手動(dòng)或通過自動(dòng)對(duì)焦移動(dòng)固體鏡頭來聚焦。

輕輕的

“我們今天使用的傳統(tǒng)執(zhí)行器由堅(jiān)硬的部件組成，因此它們提供的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)來自這些剛性部件的相對(duì)位移，可以是線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，”Hajiesmaili告訴設(shè)計(jì)新聞。“從線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生復(fù)雜的變形需要過于龐大和復(fù)雜的機(jī)制。”

雖然在這項(xiàng)工作之前還有其它軟形狀變形執(zhí)行器 - 它們使用其他刺激，如膨脹或加熱 - 這些方法都存在性能問題，導(dǎo)致低功率密度驅(qū)動(dòng)，他說。“此外，這些機(jī)制使用機(jī)械不均勻性，因此無法重新配置，”Hajiesmaili說。

多層方法

團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新方法的關(guān)鍵是可重構(gòu)彈性體板的多層方法。在每層之間，研究人員采用了不同形狀的納米管電極。

當(dāng)電壓施加到電極時(shí)，它在彈性體片內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，產(chǎn)生材料幾何形狀的不均勻變化。他告訴Design News，這就是讓彈性體變成可以控制的3D形狀的原因。

“這是第一個(gè)使用電場(chǎng)作為刺激的形狀變形機(jī)制，導(dǎo)致快速和可逆的形狀變形，其功率密度與骨骼肌相當(dāng)，”Hajiesmaili說。

研究人員展示了簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)形狀，但該方法可以推廣到高復(fù)雜度的形狀，他說。此外，材料可以基于哪組電極開啟而哪些電極關(guān)閉而被哄騙成不同的形狀，這可以獨(dú)立地管理。該團(tuán)隊(duì)在Nature Communications雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

研究人員認(rèn)為，他們的工作是開發(fā)用于新型設(shè)備的柔軟，形狀變化材料的早期步驟，例如可以完全改變其形狀以優(yōu)化飛行條件的形狀變形翼型，或形狀變形雕塑和光學(xué)，Hajiesmaili說。

他告訴Design News，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過解決當(dāng)前技術(shù)的局限性以及結(jié)合傳感器和電子設(shè)備繼續(xù)其在執(zhí)行器上的工作。Hajiesmaili說，研究人員還計(jì)劃專注于執(zhí)行器的“一些激動(dòng)人心的應(yīng)用”，以及優(yōu)化材料和制造。

“在這項(xiàng)工作中，我們解決了前沿問題：對(duì)于給定的電極設(shè)計(jì)和施加的電壓，執(zhí)行器將變成什么形狀?”他解釋道。“然而，更具挑戰(zhàn)性和更有趣的問題是反問題：要變形為所需的預(yù)定義驅(qū)動(dòng)形狀，電極的設(shè)計(jì)和施加的電壓應(yīng)該是什么?解決這個(gè)問題將是下一步。“