Полимеры с памятью формы, известные как жидкокристаллические эластомеры (LCE), становятся все более популярными для использования в мягкой робототехнике, тактильных ощущениях и носимых компьютерах. Действуя как исполнительные механизмы, они могут позволить материалам сжиматься, расширяться, изменять форму и работать, как это делают биологические мышцы.
Поскольку действие контролируется с помощью нагрева и пассивного охлаждения , усилия по ускорению этих процессов и повышению энергоэффективности имеют решающее значение для продвижения работы.
Многопрофильная группа исследователей из Отделения машиностроения Университета Карнеги-Меллона, Института взаимодействия человека и компьютера и Института робототехники попыталась решить эту проблему, объединив LCE с термоэлектрическим устройством (TED).
Соавторы разработали мягкий, гибкий механизм, способный к электрически управляемому срабатыванию , активному охлаждению и преобразованию тепловой энергии в электрическую. Они также представили новый процесс производства растягиваемых и гибких термоэлектрических устройств с использованием 3D-печати. Результаты были опубликованы в журнале Advanced Materials.
Механизм LCE-TED функционирует как преобразователь — электрическое устройство, которое преобразует одну форму энергии в другую. Тонкий слой TED содержит полупроводники, встроенные в эластомерную матрицу, напечатанную на 3D-принтере. Он соединен с эвтектическими жидкометаллическими соединениями галлия-индия (EGaIn).
TED работают с двойной функциональностью как нагреватели и охладители в одном режиме и сборщики энергии в другом. Поскольку слой покрыт ЛХЭ с обеих сторон, ТЭД может попеременно нагревать и охлаждать слои ЛХЭ. Кроме того, он может собирать энергию от изменений температуры.
«Возможность рекуперации энергии из остаточного тепла и температурных градиентов может способствовать повышению энергоэффективности и долговечности основного электронного устройства или роботизированной системы», — сказал Кармел Маджиди, профессор машиностроения, который руководит лабораторией Soft Machines.
Демонстрации мягкой робототехники выявили преимущества датчиков LCE-TED для использования в практических приложениях: быстрое и точное отслеживание благодаря активному охлаждению; автономное, «умное» маневрирование двуногого ходунка в сторону источника тепла ; и сбор регенеративной энергии.
«Это демонстрирует потенциал для создания мягких роботизированных систем, которые могут получать часть необходимой им электроэнергии из окружающей среды», — сказал Мейсон Задан, доктор философии, студент и ведущий автор исследования.
Дополнительные исследования будут направлены на интеграцию преобразователей в конечности мягких роботов, чтобы более полно реализовать потенциал LCE-TED. Другой аспект работы будет направлен на дальнейшее развитие возможностей сбора энергии и управления с использованием отвязанных мягких роботизированных платформ.
Теги: гибкий, полимеры, робот, робототехника
