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次世代のソフトロボットに水蒸気がどのように動作しているか

非構造化されていない環境で、ツリートランクに沿って、無視されたソフトロボットがクロールします。水を作動液として使用する4つの液体GAS相遷移電気ソフトアクチュエーターを搭載しています。クレジット：Diogo Fonseca 位相変化の作動は、電気的に駆動されたソフトロボットの時代に復活しました。コインブラ大学のチームは、高い力と精度を必要とする電気ソフトロボットを動かすように設計された位相遷移ソフトアクチュエーターを開発しました。当社のイノベーションは、水の液体間相転移を活用して、シンプルでスケーラブルで、非常に強力な方法で機械的運動を生成します。 しばしばかさばる空気圧、エキゾチックな材料、または高電圧に依存する従来のソフトアクチュエーターとは異なり、当社の設計はよく知られているプロセスを活用します：沸騰。小さな埋め込みヒーターを使用して、私たち アクチュエータ 水を蒸気に変換し、柔らかく柔軟な構造で動きを駆動する内圧を生成します。その結果、アクチュエータは24 Vの低電圧で動作し、50 nを超える力を供給し、最大100 kPa/sの加圧率を達成できます。 私たちの発見はそうです 公開 で 自然コミュニケーション。 なぜ水？ 位相遷移アクチュエーターの過去の試みは、ひずみ速度の低下、性能の劣化、複雑な設計に苦しんでいます。私たちのチームは、エンジニアリングの基礎に焦点を当てることにより、これらの課題に対処しました：流体選択、 熱伝達、およびコントロール。 私たちは、安全性、可用性、熱力学効率のために、水を作動液として選択しました。厳密な選択プロセスを通じて、私たちは、かつて欠点と見なされる水の比較的高いエンタルピーの蒸発のエンタルピーが、実際に信頼できるパフォーマンスベンチマークとして機能する可能性があることを実証しました。より高いエネルギー要件は、安全性が維持されている場合、より低いエンタルピーの代替品を備えた改善の余地があることを意味します。 直接比較では、シリコンエラストマーと水で作られたアクチュエーターは以前の設計を大幅に上回り、16.6％/sのひずみ速度を達成しながら、1,000を超える作動サイクルで堅牢であり続けました。 液体GAS相遷移電気ソフトアクチュエーターは、水を作動液として使用し、コイルタイプの柔軟な加熱要素を搭載しています。ケーブル駆動型の生体模倣ハンドや、液体GAS相遷移を搭載した四足ロボットを含むソフトロボットシステムに統合されたテクノロジー。クレジット：コインブラ大学のロボットとAIグループ モジュール性の利点 私たちのデザインの中心には、モジュール性があります。加熱コイル、作業液チャンバー、および外側のソフト構造を分離することにより、さまざまな種類の動きに適応できる柔軟なシステムを作成しました：線形、曲げ、または両方の組み合わせ。線形アクチュエーターはMcKibbenの設計に基づいていますが、曲げバージョンは高速PNEU-NET（FPN）ジオメトリに従います。 既製の材料と3D印刷や鋳造などのアクセス可能な製造方法を使用してアクチュエーターを設計しました。 そのシンプルさにもかかわらず、私たちの設計には洗練されたエンジニアリングの原則が組み込まれています。たとえば、以前の設計に存在する重要な問題を解決しました。これは、サブクーリングされた沸騰によって引き起こされる機械的振動です。アクチュエーター内の熱力学的不一致に起因するこれらの不安定性は、安定した沸騰状態を維持する非線形制御アルゴリズムを使用して軽減されました。 野生で これらの高出力位相遷移アクチュエーターは実際に何をすることができますか？彼らの可能性を紹介するために、3つのプロトタイプを開発しました。 滑らかなオブジェクト操作を可能にする3つの線形アクチュエーターを搭載した生体模倣手。 3つの曲げアクチュエーターを使用して、フルーツモデルを含むさまざまな形状と重量のオブジェクトを拾う柔らかいグリッパー。 ビクソは、チューブを登り、木の幹を横切ってクロールするように設計された四足動物のロボットです。 Bixoの周期的な動き（握り、引っ張り、放出）は、アクチュエーターの局所的な加熱と冷却を通じて制御されます。ゆっくりと冷却の既知の制限（つまり、ゆっくりした抑制）があっても、わずか25秒で安定したサイクルを達成しました。 これらのプロトタイプは、実現可能性を実証するだけでなく、新たな新しいクラスのソフトロボットを示唆しています。費用対効果が高く、安全で、テザーポンプや危険物のない自然環境で動作することができます。 柔軟な加熱要素を特徴とする線形および曲げアクチュエーターの設計と爆発的なビュー。パワーソフトロボットに適用されるアクチュエーター：生体模倣ハンド、ソフトロボットグリッパー、ビクソ。クレジット：コインブラ大学のロボットとAIグループ 未来への沸騰 今後、潜在的な改善には小型化（強化するため）が含まれます 熱散逸）、より高い圧力操作、および高度なプリロードメカニズム。しかし、その現在の状態でさえ、私たちのアクチュエータのデザインは、構築を目指している研究者に信頼できる基盤を提供します ソフトロボット 空気圧の複雑さや高電圧システムに関連するリスクなし。 持ち帰り？少しの熱と革新的なエンジニアリングにより、水で満たされたチューブは、あなたが考えたことのない最も強力なアクチュエーターかもしれません。 この物語はの一部です…