評估由電潤濕驅(qū)動的線性和旋轉(zhuǎn)微液壓執(zhí)行器

微液壓執(zhí)行器設(shè)計用于在微尺度上將電功率轉(zhuǎn)換為機械功率，具有更高的功率密度和更高的效率?；旧?，這些新的致動器通過組合來自由電潤濕電極扭曲的大量液滴的表面張力來工作。

在Science Robotics發(fā)表的一項研究中，麻省理工學(xué)院的兩位研究人員最近研究了由電潤濕驅(qū)動的微克級線性和旋轉(zhuǎn)微液壓執(zhí)行器的性能。這項工作是他們以前的努力，其中探討電轉(zhuǎn)化的新方法的發(fā)展動力，以液壓動力。

“我們多年來一直致力于電潤濕效應(yīng)，并且通過設(shè)計基于電潤濕的固體和流體混合裝置產(chǎn)生物理運動的可能性很感興趣，”開展研究的研究人員之一Jakub Kedzierski說。 ，告訴TechXplore。“經(jīng)過一些不同的設(shè)計迭代后，我們決定采用這種設(shè)計。”

由Kedzierski和他的同事Eric Holihan設(shè)計的微型液壓執(zhí)行器的設(shè)計部分受到人體肌肉結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。在肌肉纖維中，沿著長絲添加肌動蛋白和肌球蛋白分子之間的小力以產(chǎn)生大的總力。“以類似的方式，我們的執(zhí)行器增加了相當(dāng)小的表面張力，這是由沿著長片聚酰亞胺的許多電潤濕液滴產(chǎn)生的，產(chǎn)生更大的力，”Kedzierski解釋說。“我們將執(zhí)行器稱為微型液壓驅(qū)動器，因為與液壓系統(tǒng)一樣，力最初是在流體中產(chǎn)生的，然后轉(zhuǎn)移到可以起作用的固體部件上。”

微液壓致動器由三個主要部件組成：電極陣列，油中水滴的流體層和固體液滴陣列。使用蝕刻的親水區(qū)域?qū)⒁旱胃街揭旱侮嚵小Ｍㄟ^電潤濕過程，這些液滴被電極拉入電極陣列。

因此，當(dāng)電極依次循環(huán)時，液滴和液滴陣列隨著行進(jìn)電壓波形移動。因此每個液滴的小的單個力被放大，因為每個液滴陣列中的數(shù)百個液滴有助于更大的總力。

“兩層被幾微米的液滴分開。這些液滴附著在一層，可以通過另一層的電極電拉，”Kedzierski解釋說。“這產(chǎn)生了兩層之間的運動，并且作為獎勵，它們之間提供永久潤滑。每一滴的小表面張力通過使大量液滴串聯(lián)工作而放大。”

研究人員通過測量執(zhí)行機構(gòu)可以執(zhí)行的機械功和所需的電功率來評估執(zhí)行機構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)其最大輸出功率密度為0.93千瓦/千克，這與市場上一些最好的電動機相似。在最大功率下，它們的執(zhí)行器效率為60%，但當(dāng)功率較低時，它的效率高達(dá)83%。

“這項技術(shù)具有革命性的原因有幾個，”Kedzierski說。“首先，它具有電機的功率密度和高能量轉(zhuǎn)換效率。其次，它的工作規(guī)模很小，隨著元件的縮小而改善，而經(jīng)典的電機在縮小到厘米以下時會迅速降級。最后，它提供精確的數(shù)字運動的方式類似于步進(jìn)電機，是許多技術(shù)應(yīng)用的主力，包括機器人技術(shù)。“