Новый прочный материал для гибких искусственных мышц

Новый прочный материал для гибких искусственных мышц

Среди многих материалов диэлектрические эластомеры (DE) — легкие материалы с высокой плотностью упругой энергии — представляют особый интерес для использования в искусственных мышцах. Это потому, что они обладают большой гибкостью и силой. Кроме того, их можно использовать в качестве исполнительных механизмов, позволяющих машинам работать за счет преобразования электрической энергии в механическую работу.

Большинство диэлектрических эластомеров изготавливаются из силикона или акрила; однако у обоих есть недостатки. Традиционным акриловым DE не хватает гибкости, и они могут создавать значительное напряжение срабатывания только после предварительного растяжения. Силиконы не выдерживают больших нагрузок, но их проще создавать.

Используя коммерчески доступные химические вещества и процесс отверждения ультрафиолетовым (УФ) светом, исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создала базовый материал, который является более гибким, регулируемым и более простым в масштабировании без потери прочности и прочности.

Os Исследователи mudaram a reticulação entre as cadeias de polímeros para tornar os elastômeros mais macios e flexíveis. Além disso, o ácido acrílico facilita mais ligações de hidrogênio, tornando o material mais flexível. Eles então intercalaram o filme de elastômero dielétrico fino, processável e de alto desempenho resultante, ou PHDE, entre dois eletrodos para converter energia elétrica em movimento como um atuador.

Cada filme de PHDE é tão fino e leve quanto um pedaço de cabelo humano, com cerca de 35 micrômetros de espessura. O empilhamento de várias camadas juntas forma um motor elétrico em miniatura que pode agir como tecido muscular e produzir energia suficiente para impulsionar o movimento de pequenos robôs ou sensores. Os Исследователи fizeram pilhas de filmes PHDE variando de quatro a 50 camadas.

Кибин Пей, профессор материаловедения и инженерии в Инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и автор исследования, сказал: «Этот гибкий, универсальный и эффективный привод может открыть дверь для создания искусственных мышц в новых поколениях роботов или в датчиках и носимых технологиях, которые могут более точно имитировать или даже улучшать движения и возможности человека».

«Искусственные мышцы, оснащенные приводами PHDE, могут генерировать большее усилие в мегапаскалях, чем биологические мышцы, а также демонстрировать в 10–XNUMX раз большую гибкость, чем естественные мышцы».

Многослойные мягкие пленки производятся с использованием «мокрого» процесса, который включает нанесение и отверждение жидкой смолы. Однако эта процедура может привести к образованию неровных слоев, что приведет к неисправности привода. Из-за этого многие актуаторы до сих пор имели успех только с однослойными пленками DE.

В этом исследовании Исследователи usaram um processo ‘seco’, que envolve camadas de filmes usando uma lâmina e, em seguida, UV -curado para endurecer. Isso cria camadas uniformes. Também aumenta a saída de energia do atuador para que o dispositivo possa suportar movimentos mais complexos.

Другие преимущества этого процесса включают производство новых мягких приводов, способных изгибаться для прыжка, как ноги паука, или скручиваться и поворачиваться.

Os Исследователи também demonstraram a capacidade do atuador PHDE de lançar uma bola do tamanho de uma ervilha 20 vezes mais pesada do que os filmes PHDE. O atuador também pode expandir e contrair como um diafragma quando uma voltagem é ligada e desligada, mostrando como os músculos artificiais podem ser usados ​​no futuro.

Пэй отметил, «Развитие может привести к созданию мягких роботов с улучшенной подвижностью и силой, а также к новым носимым и тактильным технологиям с чувством осязания. Производственный процесс также может быть применен к другим мягким тонкопленочным материалам для приложений, включая микрофлюидные технологии, тканевую инженерию или микрообработку».

Ссылка на журнал:

    1. Е Ши и др., Поддающийся переработке высокоэффективный диэлектрический эластомер и многослойный процесс, Наука (2022). DOI: 10.1126/science.abn0099

Похожие сообщения

Оставить комментарий

ошибка: