技术加速了软机器人的热致动

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员提出了热致动器的新设计吗该技术可用于软机器人设备的快速运动。

该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程安德鲁·a·亚当斯杰出教授朱永说:“对软机器人来说，使用热致动器并不新鲜，但软热致动器最大的挑战是它们相对较慢，而我们已经让它们变快了。”

执行器是设备的一部分，例如软体机器人，它通过将能量转化为功来产生运动。

由温度决定的机器人驱动器

该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士生吴爽(音译)说:“这种新的致动器设计的工作原理是一种双稳定设计的结构。”“想想一个短发夹。在你施加一定的能量(通过弯曲它)之前，它是稳定的，然后它会突然变成不同的形状——这也是稳定的。”

在新的热致动器的情况下，材料是双稳态的，但哪种形状的材料是由温度决定的。

研究人员将两种材料叠放在一起，中间是银纳米线。这两种材料的热膨胀系数不同，这意味着它们在受热时膨胀的速率不同。实际上，这意味着当你加热它时，结构会弯曲。

然后，这种分层材料被塑造成一种设计，使其在一个方向上具有默认的曲率-假设它向下弯曲。当电压施加到银纳米线上时，材料就会升温，使其向另一个方向弯曲。一旦你达到一定的温度——临界温度——材料就会变成它新的默认形状，迅速弯曲起来。去掉电压后，温度又下降了。一旦冷却超过另一个临界温度，这种材料就会迅速恢复到之前的默认形状，迅速向下弯曲。注意，这两个临界温度是不同的;第一个更高。通过在纳米线上施加有规则的电流，你可以使材料前后弹跳。

为了演示这项技术，研究人员制作了两个原型。其中一个原型模仿了捕蝇草的捕捉行为，而另一个则是一种每秒移动超过一个身体长度的“爬行器”。

“潜在的应用范围从生物医学应用到假肢设备到高端制造业，”朱说。“在任何应用中，你都希望能够快速移动，但也希望避免使用刚性材料和传统机器人。”

接下来的步骤包括开发传感器和控制机制，使驱动过程更加自动化，使其比纯手动控制更有效。

“我们也对探索其他可能的材料感兴趣，这样我们就可以微调热性能和机械性能，”朱说。“这可以让我们调整执行器的速度和力度。”

-编辑克里斯Vavra，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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