ساخت عملگر نرم نوین با طول عمر بالا با استفاده از سیلیکون الاستومر و اتانول

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 9، دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 24، شهریور 1400، صفحه 115-124   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2021.69788.1012

نویسندگان

حجت زامیاد¹؛ امیرحسین ابراهیمی²؛ سمانه صاحبیان²؛ جواد صفائی^{* 3}

¹گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²گروه مهندسی متالورژی و علم مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

قابلیت کاربری عملگرهای مرسوم همانند موتورها و ماهیچه‌های مصنوعی هیدرولیکی و پنوماتیکی به دلیل وزن زیاد، ابعاد بزرگ، صدای بیش از اندازه در بسیاری از حوزه‌ها محدود شده است. در همین راستا، در سال‌های اخیر بسیاری از محققین و دانشمندان تحقیقات گسترده‌ای جهت معرفی نسل جدیدی از عملگرهای هوشمند، ارزان قیمت، با ابعاد کوچک و سبک انجام داده‌اند. در این پژوهش ربات نرم با پاسخگویی سریع، با استفاده از کامپوزیت پلیمری با زمینه سیلیکونی و اتانول به عنوان سیال تغییر فازدهنده (فاز ثانویه) ساخته و رفتار حرکتی و پاسخ دمایی آن تحت دوره و سیکل‌های متعدد کاری بررسی شد. در اثر تحریک الکتریکی و بواسطه فشار داخلی ایجاد شده درون میکروکپسول‌های حاوی اتانول که به صورت تصادفی در زمینه کامپوزیت توزیع شده، در دمای تغییر فاز اتانول ، نیروی مکانیکی مورد نیاز جهت جابه‌جایی ربات نرم مهیا می‌گردد. بررسی رفتار حرکتی ربات نرم، بیانگر پاسخگویی مطلوب در روز اول و دوم کاری(به ترتیب 55/8 و 2/6 میلی‌متر جابه‌جایی) بود. هم‌چنین ثبت دمای سطحی و داخلی کامپوزیت، نشان‌دهنده پایداری دمایی ماده بوده، به طوریکه دمای سطح و هسته به ترتیب حداکثر به  48 و 81 درجه سانتی‌گراد رسید. هم‌چنین ماده در پایان دوره تحریک و در روز هفتم، حدود 11% کاهش وزن در اثر هدر رفت اتانول داشته که بیانگر عملکرد مطلوب کامپوزیت در خصوص انبارش و حفظ سیال تغییر فازدهنده است.

کلیدواژه‌ها

ربات نرم؛ رفتار حرکتی؛ سیال تغییر فازدهنده؛ سیلیکون؛ اتانول

سایر فایل های مرتبط با مقاله

9-sahebian.pdf

مراجع

1. Hülse, M., Wischmann, S., & Pasemann, F., "The role of non-linearity for evolved multifunctional robot behavior", In International Conference on Evolvable Systems, pp. 108-118, Springer, Berlin, Heidelberg, September, (2005).
2. Trivedi, D., Rahn, C. D., Kier, W. M., & Walker, I. D., "Soft robotics: Biological inspiration, state of the art, and future research", Applied bionics and biomechanics, 5, NO. 3, pp. 99-117, (2008).
3. Laschi, C., & Cianchetti, M., "Soft robotics: new perspectives for robot bodyware and control", Frontiers in bioengineering and biotechnology, Vol. 2, (2014).
4. Rus, D., & Tolley, M. T., "Design, fabrication and control of soft robots", Nature, 521, NO. 7553, pp. 467-475, (2015).
5. Case, J. C., White, E. L., & Kramer, R. K., "Soft material characterization for robotic applications", Soft Robotics, 2, NO. 2, pp. 80-87, (2015).
6. Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., & Whitesides, G. M., "Soft robotics for chemists", Angewandte Chemie, 123, NO. 8, pp. 1930-1935, (2011).
7. Seok, S., Onal, C. D., Cho, K. J., Wood, R. J., Rus, D., & Kim, S., "Meshworm: a peristaltic soft robot with antagonistic nickel titanium coil actuators", IEEE/ASME Transactions on mechatronics, 18, NO 5, pp. 1485-1497, (2012).
8. Lin, H. T., Leisk, G. G., & Trimmer, B., "GoQBot: a caterpillar-inspired soft-bodied rolling robot", Bioinspiration & biomimetics, 6, NO. 2, (2011).
9. Laschi, C., Cianchetti, M., Mazzolai, B., Margheri, L., Follador, M., & Dario, P., "Soft robot arm inspired by the octopus", Advanced robotics, 26, NO. 7, pp. 709-727, (2012).
10. Lee, C., Kim, M., Kim, Y. J., Hong, N., Ryu, S., Kim, H. J., & Kim, S., "Soft robot review", International Journal of Control, Automation and Systems, 15, NO.1, pp. 3-15, (2017).
11. Chen, F. J., Dirven, S., Xu, W. L., & Li, X. N., "Soft actuator mimicking human esophageal peristalsis for a swallowing robot", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 19, NO. 4, pp. 1300-1308, (2013).
12. Renda, F., Cianchetti, M., Giorelli, M., Arienti, A., & Laschi, C. "A 3D steady-state model of a tendon-driven continuum soft manipulator inspired by the octopus arm", Bioinspiration & biomimetics, 7, NO.2, (2012).
13. Cianchetti, M., Ranzani, T., Gerboni, G., Nanayakkara, T., Althoefer, K., Dasgupta, P., & Menciassi, A., "Soft robotics technologies to address shortcomings in today's minimally invasive surgery: the STIFF-FLOP approach", Soft robotics, 1, NO.2, pp. 122-131, (2014).
14. Deimel, R., & Brock, O., "A novel type of compliant and underactuated robotic hand for dexterous grasping", The International Journal of Robotics Research, 35, NO. 1-3, pp. 161-185, (2016).
15. Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., & Whitesides, G. M., "Titelbild: Soft robotics for chemists (angew. chem. 8/2011)", Angewandte Chemie, 123, NO. 8, pp. 1765-1765, (2011).
16. Mirfakhrai, T., Madden, J. D., & Baughman, R. H., "Polymer artificial muscles", Materials today, 10, NO. 4, pp. 30-38, (2007).
17. Katzschmann, R. K., Marchese, A. D., & Rus, D., "Hydraulic autonomous soft robotic fish for 3D swimming", In Experimental Robotics, pp. 405-420, Springer, Cham, (2016).
18. Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., & Walsh, C. J., "Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation", Robotics and Autonomous Systems, 73, pp. 135-143, (2015).
19. Otero, T. F., & Sansieña, J. M., "Soft and wet conducting polymers for artificial muscles", Advanced Materials, 10, NO. 6, pp. 491-494, (1998).
20. Miriyev, A., Stack, K., & Lipson, H., "Soft material for soft actuators", Nature communications, 8, NO. 1, pp. 1-8, (2017).
21. Miriyev, A., Xia, B., Joseph, J. C., & Lipson, H., "Additive manufacturing of silicone composites for soft actuation", 3D Printing and Additive Manufacturing, 6, NO. 6, pp. 309-318, (2019).
22. Miriyev, A., Trujillo, C., Caires, G., & Lipson, H., "Rejuvenation of soft material–actuator", MRS Communications, 8, NO. 2, pp. 556-561, (2018).
23. Cui, H., Zhao, Q., Wang, Y., & Du, X., "Bioinspired actuators based on stimuli‐responsive polymers", Chemistry–An Asian Journal, 14, NO. 14, pp. 2369-2387, (2019).
24. Haines, C. S., Lima, M. D., Li, N., Spinks, G. M., Foroughi, J., Madden, J. D., ... & Baughman, R. H., "Artificial muscles from fishing line and sewing thread", science, 343, NO. 6173, pp. 868-872, (2014).
25. Hu, W., Lum, G. Z., Mastrangeli, M., & Sitti, M., "Small-scale soft-bodied robot with multimodal locomotion", Nature, 554, NO. 7690, pp. 81-85, (2018).
26. Lipton, J. I., Angle, S., Banai, R. E., Peretz, E., & Lipson, H., "Electrically actuated hydraulic solids", Advanced Engineering Materials, 18, NO. 10, pp. 1710-1715, (2016).
27. Zamyad, H., & Naghavi, N., "Behavior identification of IPMC actuators using Laguerre-MLP network with consideration of ambient temperature and humidity effects on their performance", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 67, NO.11, pp. 2723-2732, (2018).
28. Mirvakili, S. M., & Hunter, I. W., "Artificial muscles: Mechanisms, applications, and challenges", Advanced Materials, 30, NO.6, 1704407, (2018).