Что такое мягкий привод?
Привод — это устройство, преобразующее энергию в физическое движение. Хотя водяные турбины и ветряные мельницы можно считать типами приводов, обычно приводы имитируют движение человеческих мышц и суставов.
Однако мягкий привод изготавливается из легких, гибких материалов, которые реагируют на изменения окружающей среды или внешние раздражители, такие как соль, растворители или тепло. Эти материалы позволяют мягким приводам функционировать аналогично традиционным приводам, но с дополнительной гибкостью и реакцией на внешние условия.
Применение мягких приводов
Мягкие приводы обычно используются в искусственных мышцах из-за их легкого веса и гибкости, что делает их идеальными для роботов и тяжелой техники. Помимо искусственных мышц, они также используются в искусственных органах, таких как сердце и анус.
В таких отраслях, как строительство и уход за больными, где работники часто поднимают тяжелые грузы, мягкие приводы используются в поясничной поддерживающей одежде и мышечных костюмах для облегчения движения.
Их чувствительность к внешним раздражителям также открывает возможности для генерации энергии в ответ на изменения температуры.
Использование мягких приводов в роботах
Мягкие приводы предлагают такие преимущества, как адаптивность, гибкость, малый вес, экономичность и экологичность. Они стабильны в воздухе, бесшумны и могут пассивно реагировать в сложных формах с минимальным контролем или без него.
Эти особенности делают мягкие приводы особенно полезными в робототехнике, особенно для работы в экстремальных условиях и под водой. Например, резиновые материалы следующего поколения в мягких приводах могут расширяться и сжиматься при подаче энергии, что идеально подходит для роботизированных рук. Мягкие приводы на основе геля ПВХ используются в носимых роботах и мышечных костюмах.
Принцип работы мягких приводов
Мягкие приводы работают с помощью различных механизмов, основанных на используемых материалах и методах активации. Например, искусственные мышцы обычно функционируют посредством химико-механических реакций, инициируемых изменениями температуры, обменом растворителей, химическими добавками или стимулами, такими как свет или электрические поля.
Пример температурной активации использует полиметакриловую кислоту (ПМАК), которая образует комплексы с полиэтиленгликолем в водных растворах. Работа полимера основана на равновесии между полимерами, сжимающимися при более высоких температурах по мере увеличения концентрации полиэтиленгликоля в растворе. Этот гель с эффектом памяти формы может быть многократно реконфигурирован с помощью обработки этанолом.
Классификация мягких актуаторов
Мягкие актуаторы можно классифицировать на основе используемых материалов:
Актуаторы из полимерного геля
Эти актуаторы используют полимерные гели, которые деформируются при подаче напряжения. Они известны своей отзывчивостью, малым весом, низкой стоимостью производства и высокой энергоэффективностью.
Актуаторы из проводящих полимеров
Изготовленные из проводящих полимеров, таких как полипиррол (PPY), политиофен и полианилин (PANI), эти актуаторы расширяются и сжимаются при подаче напряжения на электроды в электролитическом растворе.
Другие типы включают эластомерные актуаторы и актуаторы из углеродных нанотрубок.
