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评估由电润湿驱动的线性和旋转微液压执行器

发布时间:2019-06-12 11:10 来源:未知 编辑:admin

  微液压执行器设计用于在微尺度上将电功率转换为机械功率,具有更高的功率密度和更高的效率。基本上,这些新的致动器通过组合来自由电润湿电极扭曲的大量液滴的表面张力来工作。

  在Science Robotics发表的一项研究中,麻省理工学院的两位研究人员最近研究了由电润湿驱动的微克级线性和旋转微液压执行器的性能。这项工作是他们以前的努力,其中探讨电转化的新方法的发展动力,以液压动力。

  “我们多年来一直致力于电润湿效应,并且通过设计基于电润湿的固体和流体混合装置产生物理运动的可能性很感兴趣,”开展研究的研究人员之一Jakub Kedzierski说。 ,告诉TechXplore。“经过一些不同的设计迭代后,我们决定采用这种设计。”

  由Kedzierski和他的同事Eric Holihan设计的微型液压执行器的设计部分受到人体肌肉结构的启发。在肌肉纤维中,沿着长丝添加肌动蛋白和肌球蛋白分子之间的小力以产生大的总力。“以类似的方式,我们的执行器增加了相当小的表面张力,这是由沿着长片聚酰亚胺的许多电润湿液滴产生的,产生更大的力,”Kedzierski解释说。“我们将执行器称为微型液压驱动器,因为与液压系统一样,力最初是在流体中产生的,然后转移到可以起作用的固体部件上。”

  微液压致动器由三个主要部件组成:电极阵列,油中水滴的流体层和固体液滴阵列。使用蚀刻的亲水区域将液滴附着到液滴阵列。通过电润湿过程,这些液滴被电极拉入电极阵列。

  因此,当电极依次循环时,液滴和液滴阵列随着行进电压波形移动。因此每个液滴的小的单个力被放大,因为每个液滴阵列中的数百个液滴有助于更大的总力。

  “两层被几微米的液滴分开。这些液滴附着在一层,可以通过另一层的电极电拉,”Kedzierski解释说。“这产生了两层之间的运动,并且作为奖励,它们之间提供永久润滑。每一滴的小表面张力通过使大量液滴串联工作而放大。”

  研究人员通过测量执行机构可以执行的机械功和所需的电功率来评估执行机构。他们发现其最大输出功率密度为0.93千瓦/千克,这与市场上一些最好的电动机相似。在最大功率下,它们的执行器效率为60%,但当功率较低时,它的效率高达83%。

  “这项技术具有革命性的原因有几个,”Kedzierski说。“首先,它具有电机的功率密度和高能量转换效率。其次,它的工作规模很小,随着元件的缩小而改善,而经典的电机在缩小到厘米以下时会迅速降级。最后,它提供精确的数字运动的方式类似于步进电机,是许多技术应用的主力,包括机器人技术。“

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