Evaluering af lineære og roterende mikrohydrauliske aktuatorer drevet af elektrobefugtning

Mikrohydrauliske aktuatorer er designet til at konvertere elektrisk kraft til mekanisk kraft i mikroskala med større effekttæthed og højere effektivitet. I det væsentlige, disse nye aktuatorer fungerer ved at kombinere overfladespændingskraften, der stammer fra et stort antal dråber, der forvrænges af elektrobefugtningselektroder.

I en undersøgelse offentliggjort i Videnskab robotik , to forskere ved MIT har for nylig undersøgt ydeevnen af ​​mikrogramskala lineære og roterende mikrohydrauliske aktuatorer drevet af elektrobefugtning. Dette arbejde er en videreudvikling af deres tidligere indsats, som udforskede nye måder at omdanne elektrisk kraft til hydraulisk kraft.

"Vi har arbejdet på elektrobefugtningseffekten i en årrække, og var fascineret af muligheden for at generere fysisk bevægelse ved at designe en solid og flydende hybrid enhed baseret på elektrobefugtning, "Jakub Kedzierski, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Efter at have arbejdet igennem nogle forskellige designgentagelser, vi slog os fast på dette design."

Designet af de mikrohydrauliske aktuatorer udviklet af Kedzierski og hans kollega Eric Holihan er delvist inspireret af strukturen af ​​menneskelige muskler. I muskelfibre, små kræfter mellem actin og myosin molekyler tilføjes langs lange filamenter for at producere en stor total kraft. "På samme måde vores aktuatorer tilføjer relativt små overfladespændingskræfter produceret af mange elektrobefugtningsdråber langs en lang plade af polyimid for at producere en meget større kraft, " Kedzierski forklarede. "Vi kalder aktuatorerne mikrohydrauliske, fordi, som i hydraulik, kraften produceres oprindeligt i væsken, og overføres derefter til en solid komponent, der kan udføre arbejde."

Den mikrohydrauliske aktuator består af tre hovedkomponenter:elektrodearrayet, det flydende lag af vanddråber i olie og det faste dråbearray. Dråber fæstnes til dråbearrayet ved hjælp af ætsede hydrofile områder. Gennem processen med elektrobefugtning, disse dråber trækkes af elektroder ind i elektrodearrayet.

Derfor, når elektroderne cykles i rækkefølge, dråberne og dråbearrayet bevæger sig sammen med den bevægende spændingsbølgeform. Den lille individuelle kraft af hver dråbe forstærkes således, da de hundredvis af dråber i hvert dråbearray bidrager til en større total kraft.

"To lag er adskilt af et par mikrometer flydende dråber. Disse dråber er fastgjort til det ene lag og kan trækkes elektrisk af elektroder på det andet lag, " Kedzierski forklarede. "Dette producerer bevægelse mellem de to lag, og som en bonus, giver permanent smøring mellem dem. Den lille overfladespændingskraft for hver dråbe forstærkes ved at have et stort antal dråber, der arbejder i tandem."

Forskerne vurderede aktuatoren ved at måle det mekaniske arbejde, den kunne udføre, og den nødvendige elektriske effekt. De fandt ud af, at dens maksimale udgangseffekttæthed var på 0,93 kilowatt/kilogram, som ligner nogle af de bedste elmotorer på markedet. Ved maksimal effekt, deres aktuator var 60 procent effektiv, alligevel nåede den effektiviteter helt op til 83 procent, når effekten var lavere.

"Der er et par grunde til, at denne teknologi er revolutionerende, " sagde Kedzierski. "For det første, den har motorernes effekttæthed, og en høj energikonverteringseffektivitet. Sekund, det virker i meget lille skala og forbedres, efterhånden som komponenterne krympes, mens klassiske motorer nedbrydes hurtigt, når de krympes under centimetermål. Endelig, den giver præcis digital bevægelse på en måde, der ligner en stepmotor, en arbejdshest til mange teknologiske anvendelser, inklusive robotteknologi."

© 2018 Tech Xplore