Создан магнитный полимер с рекордной плотностью работы для мягкой робототехники

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий в Южной Корее разработали двойной сшитый магнитный полимер, который демонстрирует высокую растяжимость в сочетании с рекордной плотностью работы. Этот материал призван преодолеть существенные ограничения, присущие современным искусственным мышцам, используемым в мягкой робототехнике, где часто приходится выбирать между гибкостью и прочностью.

Новый полимер обладает уникальной способностью функционировать как в качестве мягкого, резиноподобного материала, так и в качестве жёсткого, пластикоподобного материала, при этом его жёсткость может изменяться более чем в тысячу раз. Такая функциональность достигается за счёт продуманной молекулярной структуры, в которой сеть материала поддерживается двумя различными типами связей. Материал работает в двух основных температурных режимах. При нагревании выше 37 градусов по Цельсию полимер размягчается, и внешнее магнитное поле может вызывать его деформацию, например растяжение, сгибание или скручивание. После прекращения воздействия поля он возвращается к своей первоначальной форме. При охлаждении ниже 27 градусов Цельсия новая форма фиксируется, а внутри структуры накапливается энергия. Последующее повторное нагревание приводит к контролируемому высвобождению накопленной энергии, в результате чего привод сокращается и выполняет полезную механическую работу.

Автор: freepik Источник: ru.freepik.com

В ходе испытаний полимер продемонстрировал деформацию срабатывания в 86,4 % и плотность работы в 1150 килоджоулей на кубический метр (кДж/м³), что эквивалентно примерно 33 000 фут-фунтов на кубический фут. Материал способен растягиваться более чем в двенадцать раз от своей первоначальной длины до момента разрыва. Он восстанавливает почти 100 % своей формы и сохраняет более 87 % производительности после 300 циклов работы. Эксперименты подтвердили способность полимера выдерживать вес, в 4000 раз превышающий его собственный. Мощность привода оценивается примерно в 0,54 лошадиной силы на тонну, что делает его сопоставимым с наиболее эффективными современными искусственными мышцами.

Предыдущие технологии искусственных мышц сталкивались с фундаментальной дилеммой: они могли либо сильно растягиваться, либо создавать значительную силу, но редко сочетали в себе обе эти характеристики. Например, диэлектрические эластомеры обеспечивали высокую растяжимость, но требовали высокого напряжения и были ограничены в силе, а гидрогели растягивались до 65 %, но их удельная работа не превышала 11 800 фут-фунтов на кубический фут. Разработанный двойной сшитый магнитный полимер преодолевает этот барьер, сочетая в себе обе ключевые характеристики. В ходе роботизированных испытаний материал в мягком состоянии использовался для магнитного захвата объектов. Последующий нагрев сфокусированным лазером приводил к его сжатию и подъёму груза массой от 2,7 до 4,1 унции, при этом восстановление формы составляло от 39 % до 52 %. Оптимальная формула привода была найдена при использовании около 11 граммов магнитных частиц с небольшим количеством сшивающего агента.

Источник: Interesting Engineering

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Термоядерный синтез 70 лет запускали не с того конца: как работает найденный учеными «короткий путь» к энергии будущего

Главная задача управляемого термоядерного синтеза — получить электричество за счет слияния легких атомных ядер, в первую очередь изотопов водорода: дейтерия и трития. Когда два таких...

Почему ровно раз в 60 секунд проседают электросети по всему миру: ученые нашли уязвимость в обычной технике

В начале каждой минуты во всех крупных энергосистемах мира происходит одно и то же событие: частота электрического тока в сети немного падает, а через двадцать-тридцать секунд возвращается в...

Маленький бумбокс с запросами взрослой деки: как устроен японский Sanyo M7770K

Корпус переносной магнитолы Sanyo M7770K 1984 года (в отдельных модификациях — 1985 года) имеет габариты 430 x 120 x 89 мм, хотя в каталогах встречаются размеры 432 x 132 x 102 мм. Сухой...

Почему на реках появляются огромные вращающиеся ледяные круги

Обычно река замерзает от берегов: ледяные полосы постепенно становятся шире, пока между ними не исчезнет открытая вода. Но иногда посреди реки остаётся большая круглая льдина, отделённая от...

Ученые создали робопса под управлением клеток мозга человека: в тестах он обучился в 4 раза быстрее компьютерного ИИ

Современные роботы отлично справляются с физическим движением. Они уверенно ходят по неровной поверхности, бегают, прыгают и удерживают равновесие после толчков. Механическая часть и программы...

Почему в современных автомобилях медные радиаторы уступили место алюминиевым

На старых автомобилях радиатор нередко был медно-латунным, а у современных легковушек под капотом обычно стоит алюминиевый. Замена кажется странной: медь лучше проводит тепло, а радиатор как раз...