Изследователи разработват нов устойчив актуатор (задвижващ механизъм), който би позволил на меките роботи (soft robots) да работят в екстремни условия като стратосферата и космическото пространство, където традиционните компоненти на меките роботи често се повреждат поради суровите условия на налягане и температура.
Актуаторът се основава на специално обработен силиконов еластомер, проектиран да поддържа производителността си в екстремни условия, като същевременно остава гъвкав.
Меките роботи все по-често се проучват за приложения в аерокосмическата индустрия и на голяма височина, тъй като са леки, адаптивни и по-безопасни за взаимодействие с деликатно оборудване или в непредсказуеми условия.
Въпреки това, много компоненти на меките роботи се разграждат, когато са изложени на екстремни температури, ниско налягане и високо електрическо напрежение, което ограничава използването им извън контролираните лабораторни условия.
По-устойчив силиконов еластомер
Задвижващият механизъм, разработен от изследователския екип, е вид диелектричен еластомерен актуатор (DEA), който преобразува електрическата енергия в механично движение.
Тези актуатори се използват широко в меката роботика поради тяхната гъвкавост и лека структура, но надеждността им е голямо предизвикателство в екстремни условия.
За да решат този проблем, изследователите разработват нов метод за химично омрежване на силиконови еластомери. Омрежването укрепва материалите чрез свързване на молекулярните вериги, подобрявайки издръжливостта и стабилността при натоварване.
Екипът използва ултравиолетова светлина в комбинация с катализатор на основата на платина, за да създаде по-здрави въглерод-въглеродни връзки в силиконовия материал.
Този процес води до получаването на еластомер, който може да запази своите характеристики в екстремни температурни диапазони и в условия на ниско налягане.
„Диелектричните еластомерни актуатори са обещаващи за екстремни условия, но тяхната надеждност досега беше ограничена от деградацията на материала“, обясняват изследователите в проучването. Новият метод за омрежване е разработен специално с цел подобряване на издръжливостта и стабилността при тежки условия.
Лабораторните тестове показват, че материалът остава функционален при температури, вариращи от приблизително −40°F (−40°C) до 248°F (120°C), и при условия на почти вакуум, които са сходни с тези в горните слоеве на атмосферата или в космоса.
За да демонстрират реалните им характеристики, изследователите интегрират актуаторите в меки роботизирани захващащи устройства и ги тестват по време на мисии с балони на голяма височина.
Системите работят успешно в стратосферата на височина над 14 мили (23 км), където налягането е изключително ниско, а температурите могат да паднат значително.
Успешните тестове показват, че диелектричните еластомерни актуатори, изработени от новия силиконов материал, биха могли да функционират надеждно в условия, подобни на космическите, което отваря пътя към нови приложения в аерокосмическата роботика.
Според изследователите дизайнът на материала би позволил на меките роботизирани системи да работят в среди, където традиционните меки актуатори биха се повредили, включително изследователски платформи на голяма височина и системи за космически изследвания.
Източник: InterestingEngineering
