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最新!威斯康星大学开发可用于医疗和搜救的远程控制软体机器人! ...

2020-4-22 22:50| 发布者: 肥仔拳| 查看: 139| 评论: 0|来自: 机器人大讲堂

摘要: 防疫机器人采购平台启动机器人征战防疫一线!机器人大讲堂征集精选十余家优质防疫机器人应用深度报道持续进行中。特开设防疫机器人采购服务平台,针对医院、园区、社区、高校、酒店、广场等人流密集区域,专业推荐高 ...

防疫机器人采购平台启动

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由软材料(例如橡胶或聚合物)制成的机器人能够适应各种非结构化环境,与人类的交互也更安全,可用于执行特殊的任务。例如在恶劣环境下工作的搜救机器人等。


然而,为了给软体机器人的运动提供动力,研究人员需要将气泵,比例阀或电缆等设备与软体机器人连接,这些执行器通常比机器人本身要大得多。这限制了它的实用性和灵活性。



为了解决该问题,威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员设计了一种使用磁场远程控制软体机器人的方法,该方法利用磁场远程感应软活性复合材料以将其内部结构重新排列为各种新样式,从而控制软体机器人的运动行为,或设计出具有更强性能的新型软材料。



研究人员使用了软活性材料,受到外部刺激(例如光,热,电或磁场)后会引起可逆的形状转换。磁活性弹性体(MAE)是一类响应磁场感应的软活性材料,由于其简单,远程和可逆的致动原理而备受关注。MAE是由嵌入软基质材料中的可磁化颗粒组成的复合材料。通常,把处于液态的聚合物基体材料与可磁化的颗粒(微米或纳米尺寸)混合。



磁场的存在使可磁化颗粒形成沿施加的磁场方向排列的链状结构。通过这种微观结构的修改,可磁化颗粒之间会产生不同的相互作用,从而设计高度结构化的软磁活性材料。



为了分析在磁场作用下MAE的行为,研究人员首先通过有限元模拟进行了非线性分析,在有限元模型中可磁化颗粒被假定为具有刚性。在二维微观结构上,每个可磁化颗粒被假设为一个矩形晶胞中心的实心圆,MAE复合材料由多个矩形晶胞组成,示意图如下:



研究人员沿着粒子链的方向对MEA施加磁场,在一定范围内随着磁感应强度的增加,可磁化颗粒呈波浪形图案,转换为以周期性配对的新模式,并且图案的周期性随着磁感应强度的增加而增大。此外,MEA图案的周期性强烈依赖可磁化颗粒的矩阵晶胞的长宽比,简单地说就是每列颗粒之间的距离。随着颗粒列之间的距离增加,MEA周期性仅由磁感应强度改变。


在实验验证中,研究小组在硅橡胶基体中以简单的周期性模式嵌入了铁含量为80%的小钢球,实验验证了有限元模拟的准确性。研究人员表明,施加磁场与纯机械载荷相比,MEA的周期性变化更大。


该技术为设计和控制软体机器人的行为开辟了新的途径,可应用于搜寻和救援,通过触发软体机器人的应力反应,使机器人在狭窄的空间中挤压,然后恢复其原始形状和功能,不需要任何附加的庞大设备。甚至还可以在人体中游走,在医疗中大有用处。

 

原文链接:

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.158002


论文题目:

Instability-Induced Pattern Formations in Soft MagnetoactiveComposites


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