Роботи стануть не тільки розумнішими, а й гнучкішими. Дослідники з Університету штату Пенсільванія розробили сегнетоелектричний полімер, який ефективно перетворює електричну енергію на механічну деформацію. Цей матеріал, потенційно придатний для використання в медичних приладах і робототехніці, долає традиційні п’єзоелектричні обмеження. Дослідники поліпшили характеристики за рахунок створення полімерного нанокомпозиту, значно знизивши необхідну для деформації напруженість поля, що розширює потенціал застосування.
Новий тип сегнетоелектричного полімеру обіцяє стати високоефективним контролером руху або лінійним приводом (актуатором) з великим потенціалом для застосування в медичних пристроях, передовій робототехніці та системах точного позиціонування, повідомляє міжнародна група дослідників під керівництвом Університету Пенсільванії (PSU).
Механічна деформація – зміна форми матеріалу під час прикладання сили – є важливою властивістю для актуатора, який являє собою будь-який матеріал, що змінюється або деформується під час прикладання зовнішньої сили, наприклад, електричної енергії. Традиційно матеріали для приводів були жорсткими, але м’які аналоги демонструють більшу гнучкість і пристосованість до навколишнього середовища.
Дослідження продемонструвало потенціал нанокомпозитів із сегнетоелектричних полімерів для подолання обмежень традиційних п’єзоелектричних полімерних композитів, пропонуючи перспективний шлях для розроблення м’яких актуаторів із поліпшеними характеристиками деформації та щільності механічної енергії. М’які приводи становлять особливий інтерес для дослідників робототехніки завдяки своїй міцності, потужності та гнучкості.
Однак, перш ніж ці матеріали зможуть виправдати надії вчених, їм необхідно подолати кілька перешкод, і в дослідженні були запропоновані можливі розв’язання цих проблем. Перша – як підвищити силу впливу м’яких матеріалів. Вченим відомо, що м’які виконавчі матеріали, якими є полімери, мають найбільшу деформацію, але вони генерують набагато меншу силу порівняно з п’єзоелектричною керамікою.
Друга проблема полягає в тому, що для сегнетоелектричного полімерного приводу зазвичай потрібне дуже високе рушійне поле, тобто сила, яка нав’язує зміну в системі, наприклад, зміну форми. У цьому випадку високе рушійне поле необхідне для створення зміни форми полімеру, необхідної для сегнетоелектричної реакції, необхідної для перетворення на актуатор.
Рішення, запропоноване для поліпшення характеристик сегнетоелектричних полімерів, полягало в розробці перколяційного нанокомпозиту на основі сегнетоелектричного полімеру – свого роду мікроскопічної наклейки, прикріпленої до полімеру. Включивши наночастинки в один із видів полімеру, полівініліденфторид, дослідники створили взаємопов’язану мережу полюсів усередині полімеру.
Новий сегнетоелектричний полімер, розроблений дослідниками з Пенсільванії, є значним проривом у галузі робототехніки та медичних пристроїв. Цей матеріал, здатний ефективно перетворювати електричну енергію в механічну деформацію, обіцяє стати високоефективним контролером руху. Дослідження підкреслює потенціал нанокомпозитів із сегнетоелектричних полімерів для подолання обмежень традиційних п’єзоелектричних полімерних композитів, відкриваючи перспективний шлях для розроблення м’яких актуаторів із покращеними характеристиками деформації та щільності механічної енергії. Це відкриття може призвести до створення нового типу м’якої робототехніки, яку можна назвати штучними м’язами, і є важливим кроком уперед у цій галузі.
Читайте також:
- Людиноподібний робот NASA вирушає до Австралії на випробування
- Вчені створили інноваційного робота, який може їздити, літати та повзати