評(píng)估由電潤(rùn)濕驅(qū)動(dòng)的線性和旋轉(zhuǎn)微液壓執(zhí)行器

微液壓執(zhí)行器設(shè)計(jì)用于在微尺度上將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，具有更高的功率密度和更高的效率?；旧希@些新的致動(dòng)器通過(guò)組合來(lái)自由電潤(rùn)濕電極扭曲的大量液滴的表面張力來(lái)工作。

在Science Robotics發(fā)表的一項(xiàng)研究中，麻省理工學(xué)院的兩位研究人員最近研究了由電潤(rùn)濕驅(qū)動(dòng)的微克級(jí)線性和旋轉(zhuǎn)微液壓執(zhí)行器的性能。這項(xiàng)工作是他們以前的努力，其中探討電轉(zhuǎn)化的新方法的發(fā)展動(dòng)力，以液壓動(dòng)力。

“我們多年來(lái)一直致力于電潤(rùn)濕效應(yīng)，并且通過(guò)設(shè)計(jì)基于電潤(rùn)濕的固體和流體混合裝置產(chǎn)生物理運(yùn)動(dòng)的可能性很感興趣，”開(kāi)展研究的研究人員之一Jakub Kedzierski說(shuō)。 ，告訴TechXplore。“經(jīng)過(guò)一些不同的設(shè)計(jì)迭代后，我們決定采用這種設(shè)計(jì)。”

由Kedzierski和他的同事Eric Holihan設(shè)計(jì)的微型液壓執(zhí)行器的設(shè)計(jì)部分受到人體肌肉結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。在肌肉纖維中，沿著長(zhǎng)絲添加肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白分子之間的小力以產(chǎn)生大的總力。“以類似的方式，我們的執(zhí)行器增加了相當(dāng)小的表面張力，這是由沿著長(zhǎng)片聚酰亞胺的許多電潤(rùn)濕液滴產(chǎn)生的，產(chǎn)生更大的力，”Kedzierski解釋說(shuō)。“我們將執(zhí)行器稱為微型液壓驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)榕c液壓系統(tǒng)一樣，力最初是在流體中產(chǎn)生的，然后轉(zhuǎn)移到可以起作用的固體部件上。”

微液壓致動(dòng)器由三個(gè)主要部件組成：電極陣列，油中水滴的流體層和固體液滴陣列。使用蝕刻的親水區(qū)域?qū)⒁旱胃街揭旱侮嚵小Ｍㄟ^(guò)電潤(rùn)濕過(guò)程，這些液滴被電極拉入電極陣列。

因此，當(dāng)電極依次循環(huán)時(shí)，液滴和液滴陣列隨著行進(jìn)電壓波形移動(dòng)。因此每個(gè)液滴的小的單個(gè)力被放大，因?yàn)槊總€(gè)液滴陣列中的數(shù)百個(gè)液滴有助于更大的總力。

“兩層被幾微米的液滴分開(kāi)。這些液滴附著在一層，可以通過(guò)另一層的電極電拉，”Kedzierski解釋說(shuō)。“這產(chǎn)生了兩層之間的運(yùn)動(dòng)，并且作為獎(jiǎng)勵(lì)，它們之間提供永久潤(rùn)滑。每一滴的小表面張力通過(guò)使大量液滴串聯(lián)工作而放大。”

研究人員通過(guò)測(cè)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以執(zhí)行的機(jī)械功和所需的電功率來(lái)評(píng)估執(zhí)行機(jī)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)其最大輸出功率密度為0.93千瓦/千克，這與市場(chǎng)上一些最好的電動(dòng)機(jī)相似。在最大功率下，它們的執(zhí)行器效率為60%，但當(dāng)功率較低時(shí)，它的效率高達(dá)83%。

“這項(xiàng)技術(shù)具有革命性的原因有幾個(gè)，”Kedzierski說(shuō)。“首先，它具有電機(jī)的功率密度和高能量轉(zhuǎn)換效率。其次，它的工作規(guī)模很小，隨著元件的縮小而改善，而經(jīng)典的電機(jī)在縮小到厘米以下時(shí)會(huì)迅速降級(jí)。最后，它提供精確的數(shù)字運(yùn)動(dòng)的方式類似于步進(jìn)電機(jī)，是許多技術(shù)應(yīng)用的主力，包括機(jī)器人技術(shù)。“