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自動折疊“起重機”誕生!智能材料為折紙機器人迎來新時代
2020-09-23
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    據媒體報道,國外某研發團隊利用液晶彈性體設計了一種自動折疊機器人,加熱時會像人造肌肉一樣收縮,還把它疊成了不同的形狀。
 


    別看它長得小小的,它能抬起比自身重38倍的重量,研究人員管它叫做起重機。

    堅韌的同時不失美感,仿佛一朵百合花緩緩綻放。
 


    研究人員選擇用加熱的方式驅動液晶彈性體,利用光刻技術將加熱層嵌入了液晶彈性體中。“起重機”的折疊結構是一種稱聯動的機制,可以使單個驅動肌肉可以在兩個方向上折疊。當液晶彈性體被加熱時,致動器處于彈出狀態;材料被冷卻后,致動器自動縮回扁平狀。

    “起重機”的收縮與液晶彈性體的加熱時間有關,當加熱到30s左右,材料的應變能力達到峰值,‘起重機’完全展開,折疊角最大為64°;當加熱停止時,液晶彈性體開始立刻松弛,但要達到完全松弛狀態需要2分鐘。

    “起重機”的負重能力隨溫度的增加而增加。在啟動狀態,眨眼間便可抬起20g的負載。

    它的最大負載能力可達到200g,這對于僅一層智能材料的負重能力來說已經很優秀了。
 


    研究人員將三個“起重機”模塊連接組成爬行機器人,并分配每個模塊的收縮與松弛序列。連接在一起的模塊在啟動時會互相約束,因此發生傾斜。
 


    當第一個模塊收縮并傾斜時,它就開始將運動波傳播到第二個模塊,第二個模塊收縮并傾斜使它就充當爬蟲的錨點(高摩擦力點),這時第一個模塊松弛下來,第三個模塊收縮成為錨點,而前兩個模塊一起松弛,是機器人產生運動。這種行為使機器人的運動方向與驅動順序相反,例如,從第一個模塊開始驅動時,機器人向后爬行了17mm;而從第三個模塊驅動,機器人則向前爬行了10mm。

    從折紙藝術中汲取靈感的機器人和機構設計具有產生緊湊,可部署,輕型的變形結構的潛力,正如自然界所看到的那樣,可應用于搜救,航空航天系統和醫療設備中。在這項工作中,液晶彈性體作為人造肌肉,通過逐層過程獲得肌腱驅動的驅動力,并使用鏈接機制生成可逆的自折疊模塊。通過三個模塊制作了自折疊爬行機器人。

 


    液晶彈性體制作折疊機器人的最大的挑戰在于,它的致動是熱驅動的,因此從激活到松弛的時間過長,也不利于節能。未來的工作集中在調整液晶彈性體的性能上,以使其達到較低的轉變溫度。

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