Последние новости

Драйверами роста рынка газовой арматуры и компонентов в 2031 году наряду с ведущими брендами Assure Parts, Regency Gas шланги, American Range, Antunes, Crown Verity Inc., Dormont, T&S Brass and Bronze Works, Vulcan Restaurant Equipment, Gas Components Australia, Venus Enterprises, Nikasam lmpex ТОО «Зенит Индастриз»

10 электромобилей, которые идеально подходят для семейных поездок

Oct 11, 2023

10 фактов об американской версии ID.Buzz, электрического ретро-автомобиля VW

Oct 09, 2023

10 ошибок, которые допускают новые пользователи Android

Sep 24, 2023

10 Должен

Sep 19, 2023

Сверхбыстрый маленький

Jun 09, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4456 (2022) Цитировать эту статью

13 тысяч доступов

12 цитат

183 Альтметрика

Подробности о метриках

Высокоскоростное передвижение является важной стратегией выживания животных, позволяющей заселять суровые и непредсказуемые среды. Мягкие роботы, созданные на основе биотехнологий, в равной степени выигрывают от универсального и сверхбыстрого движения, но требуют соответствующих приводных механизмов и конструкции устройств. Здесь мы представляем класс небольших мягких электромагнитных роботов, изготовленных из изогнутых эластомерных бислоев, приводимых в движение силами Лоренца, действующими на встроенные печатные каналы из жидкого металла, по которым проходят переменные токи с возбуждающим напряжением в несколько вольт в статическом магнитном поле. Их динамические резонансные характеристики исследованы экспериментально и теоретически. Эти надежные и универсальные роботы могут ходить, бегать, плавать, прыгать, управлять автомобилем и перевозить грузы. Их привязанные версии достигают сверхвысокой скорости движения — 70 BL/с (длина тела в секунду) на 3D-гофрированных подложках и 35 BL/с на произвольных плоских подложках, а их максимальная скорость плавания составляет 4,8 BL/с в воде. Более того, отвязанные версии прототипа бегают и плавают с максимальной скоростью 2,1 бл/с и 1,8 бл/с соответственно.

Природные организмы, такие как гепарды, кролики или тараканы, используют высокоскоростное передвижение как одну из своих основных стратегий выживания, чтобы охотиться за едой или спасаться от хищников. Относительная скорость, выраженная в длине тела (BL) в секунду, количественно определяет скорость различных организмов в широком диапазоне размеров тела и может достигать 323 BL/с для клеща Paratarsotomus macropalpis1. Технология обеспечивает высокоскоростное передвижение, главным образом, за счет крупногабаритных машин (BL > 100 мм) и двигателей высокой мощности (таких как двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели), в результате чего автомобили Формулы-1 (50 BL/с) или четвероногие роботы2 работают со скоростью 9,1 БЛ/с. Однако проектирование высокоскоростных небольших роботов (1 мм < BL ≤ 100 мм) является сложной задачей из-за трудностей миниатюризации традиционных высокопроизводительных двигателей и систем передачи. Простые конструкции из интеллектуальных материалов предоставляют альтернативные возможности для создания миниатюрных роботов. Цирконат-титанат свинца (PZT)3 и сплавы с памятью формы (SMA)4 представляют собой два типичных жестких интеллектуальных материала, используемых в роботах размером в миллиметр, но они имеют либо слишком малый ход срабатывания, либо низкие частоты, чтобы обеспечить высокоскоростное передвижение. Кроме того, развивающаяся робототехника и взаимодействие человека и робота требуют мягких, безопасных, быстрых и надежных конструкций, способных работать в суровых, динамичных условиях. Крайним примером является желудок человека, подвергающийся механическому сжатию во время пищеварения и содержащий кислые жидкости. Профилактика или лечение заболеваний желудочно-кишечного тракта способствует разработке мягких мини-роботов для доставки лекарств или неинвазивной хирургии5.

Для решения этих проблем появились мягкие интеллектуальные материалы для робототехники, такие как термочувствительные полимерные волокна6, pH-чувствительные полимерные гели7, светочувствительные жидкокристаллические полимеры8 и материалы, чувствительные к электрическому/магнитному полю9,10,11,12,13. Однако термочувствительные полимерные волокна и чувствительные к pH полимерные гели основаны на медленной диффузии ионов или тепла и, следовательно, недостаточно быстры для высокоскоростного передвижения роботов. Светочувствительные жидкокристаллические полимеры8 могут активироваться на частотах, превышающих 10 Гц, но необходимость модулированного освещения и прозрачной среды ограничивает возможности их применения14. Эластомеры, чувствительные к электрическому/магнитному полю, такие как диэлектрические эластомеры (DE) и магнитомягкие эластомеры (SME), обычно характеризуются быстрым временем отклика и вибрациями в диапазоне кГц9,10,11,12. Недостатками DE являются их высокие напряжения срабатывания (в диапазоне кВ), что создает потенциальные проблемы с безопасностью и препятствует миниатюризации. Роботы для малого и среднего бизнеса безопасны, имеют быструю реакцию и легко миниатюризируются, но испытывают трудности с конструкциями многомодульных или роевых роботов, поскольку им требуются глобальные, динамически настраиваемые магнитные поля14,15,16. Мягкие электромагнитные приводы (SEMA), содержащие катушки из жидкого металла (LM), встроенные в эластомерные подложки, обладают лучшей локальной управляемостью и высокой производительностью в сильном статическом магнитном поле, которое существует, например, в аппарате магнитно-резонансной томографии (МРТ)9. Достижения в области 3D-печати LM позволяют миниатюризировать SEMA как минимум до миллиметра, открывая пути к высокоскоростному передвижению мягких роботов размером от микрометра до сантиметра17.

1000 s). The actuators remain fully functional and this Joule heating can be further decreased with a better coil design, such as increasing the number of coil turns, as discussed in the Supplementary Text./p> \,0\) during the expansion (Fig. 3f, upper panel), the front (right) foot has small friction \({F}_{{{{{{\rm{f1}}}}}}}=f\!{F}_{{{{{{\rm{s1}}}}}}}\,\approx\, 0\) and slips forward (to the right), while the rear (left) foot has large friction \({F}_{{{{{{\rm{f2}}}}}}}=f\!{F}_{{{{{{\rm{s2}}}}}}}\,\approx\, fG\) and is almost fixed. For negative currents \(I \, < \, 0\) during the contraction (Fig. 3f, lower panel) the situation is reversed: the front foot has large friction \({F}_{{{{{{\rm{f1}}}}}}}=f\!{F}_{{{{{{\rm{s1}}}}}}}\,\approx\, fG\) and is almost fixed, while the rear one where \({F}_{{{{{{\rm{f2}}}}}}}=f\!{F}_{{{{{{\rm{s2}}}}}}}\,\approx\, 0\) pulls up. A detailed explanation of this behavior is given in the Supplementary Text, section 1.17, "Locomotion principle of the SEMR with the L-shaped feet". One can see these stages in the frames of Fig. 3g (taken from the Supplementary Movie 3) for the square-wave excitation at 1 Hz by a low current of 0.2 A. The resonant frequency of the SEMR TL has been measured (Supplementary Fig. 24c) to be lower than that of SEMR TST, because of the additional weight of the L-shaped feet. Six different geometries of L-shaped feet (Supplementary Fig. 24a, Supplementary Table 3) were tested and the fastest foot type E (Supplementary Fig. 24d) was selected for the subsequent experiments./p>

Предыдущий: Рынок декорированной одежды в 2023 году: основные стратегии развития бизнеса, технологические инновации и новые тенденции на перспективу до 2028 года Следующий: Не прикасайтесь палкой, чтобы разблокировать блокировку переключения передач Versa.

Отправить запрос

Отправлять