用于新設(shè)備機器人的軟驅(qū)動方法

一種新的致動方法可以改變平板彈性體的形狀，具有快速和可逆的作用，適用于機器人和其他應(yīng)用中的新設(shè)計。哈佛大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種可重新配置的軟驅(qū)動器，可以模擬自然界中復(fù)雜的運動，以開發(fā)下一代機器人技術(shù)。哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一個團(tuán)隊開發(fā)了一種方法，通過施加電壓的快速和可逆驅(qū)動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現(xiàn)投資回報率以及在制造業(yè)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位的其他方式。與450多家供應(yīng)商會面，了解虛擬和增強現(xiàn)實在制造業(yè)中的作用。學(xué)到更多!

研究該項目的SEAS研究生Ehsan Hajiesmaili說，這種新方法擴展了典型的線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間的驅(qū)動，這種運動通常存在于發(fā)動機和電機等機械系統(tǒng)中。線性運動是指物體以直線從一個點移動到另一個點，而旋轉(zhuǎn)運動涉及在軸上旋轉(zhuǎn)的物體。

然而，在自然界中發(fā)現(xiàn)的運動要復(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。這與相機的合成移動形成對比，相機通過手動或通過自動對焦移動固體鏡頭來聚焦。

輕輕的

“我們今天使用的傳統(tǒng)執(zhí)行器由堅硬的部件組成，因此它們提供的驅(qū)動運動來自這些剛性部件的相對位移，可以是線性往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)，”Hajiesmaili告訴設(shè)計新聞。“從線性或旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生復(fù)雜的變形需要過于龐大和復(fù)雜的機制。”

雖然在這項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，他說。“此外，這些機制使用機械不均勻性，因此無法重新配置，”Hajiesmaili說。

多層方法

團(tuán)隊開發(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，它在彈性體片內(nèi)產(chǎn)生電場，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。

“這是第一個使用電場作為刺激的形狀變形機制，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。

研究人員展示了簡單的驅(qū)動形狀，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，這可以獨立地管理。該團(tuán)隊在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)隊計劃通過解決當(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，研究人員還計劃專注于執(zhí)行器的“一些激動人心的應(yīng)用”，以及優(yōu)化材料和制造。

“在這項工作中，我們解決了前沿問題：對于給定的電極設(shè)計和施加的電壓，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)動形狀，電極的設(shè)計和施加的電壓應(yīng)該是什么?解決這個問題將是下一步。“