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自動折疊“起重機(jī)”誕生!智能材料為折紙機(jī)器人迎來新時代
2020-09-23
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    據(jù)媒體報道,國外某研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用液晶彈性體設(shè)計(jì)了一種自動折疊機(jī)器人,加熱時會像人造肌肉一樣收縮,還把它疊成了不同的形狀。
 


    別看它長得小小的,它能抬起比自身重38倍的重量,研究人員管它叫做起重機(jī)。

    堅(jiān)韌的同時不失美感,仿佛一朵百合花緩緩綻放。
 


    研究人員選擇用加熱的方式驅(qū)動液晶彈性體,利用光刻技術(shù)將加熱層嵌入了液晶彈性體中。“起重機(jī)”的折疊結(jié)構(gòu)是一種稱聯(lián)動的機(jī)制,可以使單個驅(qū)動肌肉可以在兩個方向上折疊。當(dāng)液晶彈性體被加熱時,致動器處于彈出狀態(tài);材料被冷卻后,致動器自動縮回扁平狀。

    “起重機(jī)”的收縮與液晶彈性體的加熱時間有關(guān),當(dāng)加熱到30s左右,材料的應(yīng)變能力達(dá)到峰值,‘起重機(jī)’完全展開,折疊角最大為64°;當(dāng)加熱停止時,液晶彈性體開始立刻松弛,但要達(dá)到完全松弛狀態(tài)需要2分鐘。

    “起重機(jī)”的負(fù)重能力隨溫度的增加而增加。在啟動狀態(tài),眨眼間便可抬起20g的負(fù)載。

    它的最大負(fù)載能力可達(dá)到200g,這對于僅一層智能材料的負(fù)重能力來說已經(jīng)很優(yōu)秀了。
 


    研究人員將三個“起重機(jī)”模塊連接組成爬行機(jī)器人,并分配每個模塊的收縮與松弛序列。連接在一起的模塊在啟動時會互相約束,因此發(fā)生傾斜。
 


    當(dāng)?shù)谝粋€模塊收縮并傾斜時,它就開始將運(yùn)動波傳播到第二個模塊,第二個模塊收縮并傾斜使它就充當(dāng)爬蟲的錨點(diǎn)(高摩擦力點(diǎn)),這時第一個模塊松弛下來,第三個模塊收縮成為錨點(diǎn),而前兩個模塊一起松弛,是機(jī)器人產(chǎn)生運(yùn)動。這種行為使機(jī)器人的運(yùn)動方向與驅(qū)動順序相反,例如,從第一個模塊開始驅(qū)動時,機(jī)器人向后爬行了17mm;而從第三個模塊驅(qū)動,機(jī)器人則向前爬行了10mm。

    從折紙藝術(shù)中汲取靈感的機(jī)器人和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有產(chǎn)生緊湊,可部署,輕型的變形結(jié)構(gòu)的潛力,正如自然界所看到的那樣,可應(yīng)用于搜救,航空航天系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備中。在這項(xiàng)工作中,液晶彈性體作為人造肌肉,通過逐層過程獲得肌腱驅(qū)動的驅(qū)動力,并使用鏈接機(jī)制生成可逆的自折疊模塊。通過三個模塊制作了自折疊爬行機(jī)器人。

 


    液晶彈性體制作折疊機(jī)器人的最大的挑戰(zhàn)在于,它的致動是熱驅(qū)動的,因此從激活到松弛的時間過長,也不利于節(jié)能。未來的工作集中在調(diào)整液晶彈性體的性能上,以使其達(dá)到較低的轉(zhuǎn)變溫度。

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