سجل الأن

تسجيل دخول

فقدت كلمة المرور

فقدت كلمة المرور الخاصة بك؟ الرجاء إدخال عنوان البريد الإلكتروني الخاص بك. ستتلقى رابطا وستنشئ كلمة مرور جديدة عبر البريد الإلكتروني.

أضف مقالة جديدة

‎يجب تسجيل الدخول لتستطيع أضافة مقالة .

تسجيل دخول

سجل الأن

مرحبا بكم في Scholarsark.com! سوف تسجيلك تمنح لك الوصول إلى استخدام المزيد من الميزات من هذا المنبر. يمكنك طرح الأسئلة, تقديم مساهمات أو تقديم إجابات, عرض لمحات من المستخدمين الآخرين، وغيرها الكثير. سجل الان!

استخدام الكهرباء والماء, نوع جديد من المحركات يمكن أن تنزلق microrobots موضع التنفيذ

ننظر حولنا وسوف من المحتمل أن تشهد شيء أن يعمل على محرك كهربائي. المحركات Microhydraulic, أرق من ثلث عرض شعرة الإنسان, وثبت أن المحركات الأقوى والأكثر كفاءة في الميكروسكيل. قوية وفعالة, أنها تبقي الكثير من عالمنا تتحرك, كل شيء من أجهزة الكمبيوتر لدينا لثلاجات إلى النوافذ التلقائية في سياراتنا. ولكن هذه الصفات تتغير إلى الأسوأ عندما تقلصت هذه المحركات وصولا إلى أحجام أصغر من سنتيمتر مكعب.

تندس قطرات الماء في المحرك microhydraulic, التي تدور عندما يتم تطبيق الجهد لأقطاب أن سحب قطرات في اتجاه واحد. القطر الداخلي هذا المحرك على شكل القرص هو 5 ملليمتر.
صورة فوتوغرافية: غلين كوبر

“في جداول صغيرة جدا, تحصل على سخان بدلا من السيارات,” قال جاكوب هينكه, موظف في MIT Lincoln Laboratory’s المواد الكيميائية, الميكروسيستم, والمجموعة تقنيات النانو. اليوم, لا يوجد محرك في آن معا كفاءة عالية وقوية في microsizes. وهذه مشكلة, لأن هناك حاجة المحركات بهذا الحجم لوضع أنظمة المنمنمة في الحركة - microgimbals التي يمكن أن نشير الليزر لجزء من درجة على مدى آلاف الأميال, طائرات بدون طيار الصغيرة التي يمكن أن يضغط إلى حطام للعثور على ناجين, أو حتى السير التي يمكن الزحف عن طريق الجهاز الهضمي البشري.

للمساعدة في أنظمة الطاقة مثل هذه, Kedzierski وفريقه يبذلون نوع جديد من المحركات يسمى المحرك microhydraulic. المحركات تتحرك مع مستوى من الدقة, نجاعة, والقوة التي لم يتم حتى الآن ممكن في الميكروسكيل. ورقة تصف هذا العمل كان نشرت في سبتمبر 2018 القضية من الروبوتات العلم.

المحركات microhydraulic تستخدم تقنية تسمى electrowetting لتحقيق الحركة. Electrowetting ينطبق على الجهد الكهربائي على قطرات الماء على سطح صلب لتشويه التوتر السطحي للسائل. المحركات الاستفادة من هذا التشويه لإجبار قطرات الماء داخل المحرك للتحرك, ومعهم, المحرك بأكمله.

“التفكير قطرات من الماء على نافذة; قوة الجاذبية يشوه ذلك, ويتحرك إلى أسفل,” سعيد Kedzierski. “هنا, نستخدم الجهد للتسبب في تشويه, والتي بدورها تنتج الحركة.”

هي التي شيدت المحرك في طبقتين. الطبقة السفلى هي ورقة من المعدن مع أقطاب ختم فيه. وتغطي هذه الطبقة مع عازل, عازل أن يصبح الاستقطاب عند تطبيق مجال كهربائي. الطبقة العليا هي ورقة من بوليميد, من البلاستيك القوي, التي لديها قنوات الضحلة حفرت فيه. القنوات توجه مسار العشرات من قطرات الماء التي يتم تطبيقها في بين طبقتين وتتماشى مع الأقطاب. لتأجيل التبخر, وخلط الماء مع محلول كلوريد الليثيوم, الذي يخفض ضغط بخار الماء ما يكفي لقطرات-ميكرومتر الحجم لتستمر لأشهر. قطرات الحفاظ على شكلها مستدير (بدلا من سحق بين الطبقات) بسبب التوتر السطحي وحجمها صغير نسبيا.

ويأتي هذا المحرك في الحياة عندما يتم تطبيق الجهد لالأقطاب, وإن لم يكن لهم جميعا في وقت واحد. يتم ذلك في حلقة مفرغة من تحول على قطبين في الحبرية في وقت. ومع عدم وجود التيار الكهربائي, قطرة ماء واحدة تقع محايد على قطبين, 1 و 2. لكن تطبيق الجهد لأقطاب 2 و 3, وفجأة ومشوهة الحبرية, تمتد للمس القطب تنشيط 3 وسحب قبالة القطب 1.

هذه القوة الأفقية في قطرة واحدة لا تكفي لتحريك المحرك. ولكن مع هذه الدورة الجهد المطبق في انسجام لالأقطاب تحت كل قطرة في مجموعة, طبقة بوليميد كاملة تنزلق على لاسترضاء جذب قطرات 'إلى الأقطاب تنشيط. حافظ على ركوب الدراجات من خلال الجهد, وتستمر قطرات على المشي على الأقطاب واستمر طبقة إلى الانزلاق على; تحويل الجهد قبالة, ويتوقف المحرك في مساراتها. الجهد, ثم, يصبح أداة قوية للسيطرة على وجه التحديد حركة المحرك ل.

ولكن كيف يمكن للالمحرك الوقوف ضد أنواع أخرى من المحركات? في المقياسين لقياس الأداء هي كثافة الطاقة, أو كمية الطاقة ينتج المحرك فيما يتعلق زنه, والكفاءة, أو قدر من الطاقة المهدورة. واحدة من أفضل المحركات الكهربائية من حيث الكفاءة وكثافة الطاقة هي المحرك للسيارة طراز تسلا S. عندما اختبر فريق المحركات microhydraulic, أنها وجدت لها أن تكون مجرد وراء كثافة الطاقة نموذج S ل (في 0.93 كيلووات لكل كيلوغرام) والإخراج الكفاءة (في 60 في المئة فعالة في أقصى كثافة الطاقة). أنها تجاوزت نطاق واسع المحركات كهرضغطية وغيرها من أنواع المشغلات.

“نحن متحمسون لأننا نجتمع أن المؤشر, ونحن ما زلنا تحسين ونحن النطاق لأحجام أصغر,” وقال Kedzierski. المحركات تحسن في أحجام أصغر بسبب التوتر السطحي لا يزال هو نفسه بغض النظر عن حجم قطرات المياه - وقطرات صغيرة إفساح المجال لمزيد من قطرات للضغط في وتمارس قوتها الأفقية على المحرك. “كثافة الطاقة يطلق النار للتو. انها مثل وجود حبل الذي لا يضعف كما يحصل أرق قوة,” أضاف.

أحدث المحرك, واحد متفوقا على مقربة من نموذج S, كان فصل 48 ميكرومتر بين قطرات. فريق تتقلص الآن وصولا الى 30 ميكرومتر. فان مشروع, في هذا النطاق, المحرك سوف تتناسب مع تسلا موديل S في كثافة الطاقة, و, في 15 ميكرومتر, كسوف ذلك.

رفع المشغلات أسفل هو مجرد جزء واحد من المعادلة. والجانب الآخر الفريق يعمل بنشاط على هو التكامل 3-D. الآن, والمحرك واحد هو نظام من طبقتين, أرق من كيس من البلاستيك ومرنة مثل واحد أيضا. انهم يريدون كومة من المحركات في نظام يشبه السقالة التي يمكن ان تتحرك في ثلاثة أبعاد.

Kedzierski يتصور مثل هذا النظام محاكاة أجسامنا’ مصفوفة العضلات, شبكة الأنسجة التي تسمح العضلات لدينا لتحقيق فوري, قوي, والحركة المرنة. عشر مرات أقوى من العضلات, كانت مستوحاة من المحركات التي كتبها العضلات في نواح كثيرة, من المرونة وخفة لتكوينها من مكونات السائل والصلب.

ومثلما العضلات هو المحرك ممتاز في حجم نملة أو فيل, هذه المحركات microhydraulic, جدا, يمكن أن يكون لها تأثير قوي ليس فقط على الميكروسكيل, ولكن على المستوى الكلي.

“يمكن للمرء أن يتخيل,” وقال اريك Holihan, الذي تم تجميع واختبار المحركات, “التكنولوجيا التي يجري تطبيقها على الهياكل الخارجية,” بنيت مع المحركات التي تعمل كما العضلات نابض بالحياة, تكوين في وصلات مرنة بدلا من التروس. أو جناح الطائرة قد shapeshift على القيادة الكهربائية, مع الآلاف من المحركات انزلاق الماضي بعضها البعض لتغيير شكل الهوائية على الجناح.

في حين مخيلتهم ومتماوج, يواجه الفريق تحديات في تطوير نظم واسعة من المحركات. وأحد التحديات هو كيفية توزيع السلطة في ذلك حجم. جهد مواز في المختبرات التي تقوم بتطوير microbatteries للتكامل مع المحركات يمكن أن تساعد في حل هذه المسألة. وهناك تحد آخر هو كيف لحزم المحركات حتى يتم القضاء أن التبخر.

“ستستمر الموثوقية والتعبئة في أن تكون الأسئلة السائدة التي تطرح علينا حول التكنولوجيا حتى نعرض الحل,” وقال Holihan. “هذا شيء نتطلع إلى مهاجمته بشكل مباشر في الأشهر المقبلة.”


مصدر: HTTP://news.mit.edu, بواسطة كايلي فوي

عن ماري

‎اضافة تعليق

ببراعة آمنة & المتمحور حول الطالب منصة التعلم 2021