Los robots blandos hacen muchas cosas bien, pero no son exactamente conocidos por su velocidad. Los músculos artificiales que mueven los robots blandos, llamados actuadores, tienden a depender de la hidráulica o la neumática, que responden lentamente y son difíciles de almacenar.
Los elastómeros dieléctricos, materiales blandos que tienen buenas propiedades aislantes, podrían ofrecer una alternativa a los actuadores neumáticos, pero actualmente requieren circuitos complejos e ineficientes para entregar alto voltaje, así como componentes rígidos para mantener su forma, los cuales frustran el propósito deun robot blando
Ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson SEAS han desarrollado un elastómero dieléctrico con un amplio rango de movimiento que requiere un voltaje relativamente bajo y sin componentes rígidos. Recientemente publicaron su trabajo en Materiales avanzados .
"Creemos que esto tiene el potencial de ser el santo grial de la robótica suave", dijo Mishu Duduta, un estudiante graduado de SEAS y primer autor del artículo. "La electricidad es fácil de almacenar y entregar, pero hasta ahora, los campos eléctricosLa necesidad de alimentar actuadores en robots blandos ha sido demasiado alta. Esta investigación resuelve muchos de los desafíos en la actuación suave al reducir el voltaje de actuación y aumentar la densidad de energía, al tiempo que elimina componentes rígidos "
Duduta fue coautora del artículo con Robert Wood, el profesor de ingeniería y ciencias aplicadas de Charles River y David Clarke, el profesor de materiales de la familia Tarr extendida.
Al construir un nuevo elastómero dieléctrico, el equipo combinó dos materiales conocidos que funcionaron bien individualmente: un elastómero basado en uno desarrollado en UCLA que eliminó la necesidad de componentes rígidos y un electrodo de nanotubos de carbono desarrollado en el Laboratorio Clarke. El complementoLas propiedades de estos dos materiales permitieron al nuevo dispositivo superar a los actuadores de elastómero dieléctrico estándar.
La mayoría de los elastómeros dieléctricos tienen un rango de movimiento limitado y necesitan ser estirados previamente y unidos a un marco rígido. Comenzando con un elastómero que no necesita estirarse previamente, desarrollado por investigadores de UCLA, los materiales modificados comienzan comolíquidos y se pueden curar rápidamente bajo la luz ultravioleta para producir láminas finas como el papel. Son pegajosas, como una cinta de doble cara, para que puedan adherirse bien entre sí y a los electrodos.
Para los electrodos, el equipo reemplazó la grasa de carbono, que generalmente se usa como electrodo en elastómeros dieléctricos, con una esterilla de nanotubos de carbono delgados. Los nanotubos no aumentan la rigidez del elastómero ni disminuyen la densidad de energía, es decir, el elastómerotodavía se puede estirar y proporcionar una fuerza significativa. El equipo fabricó los elastómeros uno encima del otro, creando un sándwich multicapa de elastómero, electrodo, elastómero, electrodo, etc. De esta manera, cada electrodo obtiene el doble uso, alimentando el elastómero arribay por debajo.
"El voltaje requerido para accionar los elastómeros dieléctricos está directamente relacionado con el grosor del material, por lo que debe hacer que su elastómero dieléctrico sea lo más delgado posible", dijo Duduta. "Pero los elastómeros realmente delgados son débiles y no pueden producir fuerza. Un elastómero multicapa es mucho más robusto y en realidad puede proporcionar una fuerza significativa "." La importancia de este trabajo es que la combinación de materiales y procesamiento permite dos de las limitaciones técnicas actuales de los elastómeros dieléctricos: la necesidad de alto voltaje y pre-tensión.estirar - para ser superado ", dijo Clarke.
Este tipo de actuador podría usarse en todo, desde dispositivos portátiles hasta pinzas blandas, herramientas quirúrgicas laparoscópicas, robots completamente blandos o músculos artificiales en robótica más compleja.
"La actuación es uno de los desafíos más difíciles en robótica", dijo Wood. "La gran mayoría de los robots existentes dependen de motores rotativos electromagnéticos convencionales. En los casos en que no podemos usar tales motores, por ejemplo en robots blandos, hay pocosalternativas para la actuación de alto rendimiento. Este avance en los actuadores blandos controlados eléctricamente nos acerca mucho más al rendimiento muscular en un sistema de ingeniería y abre la puerta a innumerables aplicaciones en robótica blanda ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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