สมัครตอนนี้

เข้าสู่ระบบ

ลืมรหัสผ่าน

ลืมรหัสผ่านของคุณ? กรุณากรอกอีเมลของคุณ. คุณจะได้รับลิงค์และจะสร้างรหัสผ่านใหม่ทางอีเมล.

เพิ่มโพสต์

คุณต้องเข้าสู่ระบบเพื่อเพิ่มโพสต์ .

เข้าสู่ระบบ

สมัครตอนนี้

ยินดีต้อนรับสู่ Scholarsark.com! การลงทะเบียนของคุณจะอนุญาตให้คุณเข้าถึงโดยใช้คุณสมบัติเพิ่มเติมของแพลตฟอร์มนี้. สอบถามได้ค่ะ, บริจาคหรือให้คำตอบ, ดูโปรไฟล์ของผู้ใช้รายอื่นและอีกมากมาย. สมัครตอนนี้!

การใช้ไฟฟ้าและน้ำ, มอเตอร์ชนิดใหม่สามารถเลื่อนไมโครโรบอทให้เคลื่อนที่ได้

มองไปรอบ ๆ แล้วคุณจะเห็นบางสิ่งที่ทำงานบนมอเตอร์ไฟฟ้า. แอคชูเอเตอร์ไมโครไฮดรอลิก, บางกว่าหนึ่งในสามของความกว้างของเส้นผมมนุษย์, ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นมอเตอร์ที่ทรงพลังและมีประสิทธิภาพที่สุดในไมโครสเกล. ทรงพลังและมีประสิทธิภาพ, พวกเขาทำให้โลกของเราส่วนใหญ่เคลื่อนไหว, ทุกอย่างตั้งแต่คอมพิวเตอร์ของเราไปจนถึงตู้เย็นไปจนถึงหน้าต่างอัตโนมัติในรถยนต์ของเรา. แต่คุณสมบัติเหล่านี้จะเปลี่ยนไปในทางที่แย่ลงเมื่อมอเตอร์ดังกล่าวถูกย่อให้เล็กลงจนเหลือขนาดที่เล็กกว่าลูกบาศก์เซนติเมตร.

หยดน้ำถูกแทรกเข้าไปในตัวกระตุ้นไมโครไฮดรอลิก, ซึ่งหมุนเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดที่ดึงหยดในทิศทางเดียว. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของแอคชูเอเตอร์รูปดิสก์นี้คือ 5 มิลลิเมตร.
รูปถ่าย: Glen Cooper

“ในระดับที่เล็กมาก, คุณได้รับฮีตเตอร์แทนมอเตอร์,” กล่าวว่า จาคุบ เคดเซียสกี้, พนักงานของ MIT Lincoln Laboratory's เคมี, ไมโครซิสเต็ม, และ Nanoscale Technologies Group. วันนี้, ไม่มีมอเตอร์ที่ทั้งประสิทธิภาพสูงและทรงพลังที่ไมโครไซส์. และนั่นคือปัญหา, เนื่องจากต้องใช้มอเตอร์ในระดับนั้นเพื่อทำให้ระบบย่อขนาดเข้าสู่การเคลื่อนไหว — microgimbals ที่สามารถชี้เลเซอร์ไปยังเศษเสี้ยวของดีกรีในระยะทางหลายพันไมล์, โดรนจิ๋วที่สามารถบีบเข้าหาซากปรักหักพังเพื่อค้นหาผู้รอดชีวิต, หรือแม้แต่บอทที่สามารถคลานผ่านทางเดินอาหารของมนุษย์ได้.

เพื่อช่วยระบบไฟแบบนี้, Kedzierski และทีมของเขากำลังสร้างมอเตอร์ชนิดใหม่ที่เรียกว่าตัวกระตุ้นแบบไมโครไฮดรอลิก. แอคทูเอเตอร์เคลื่อนที่ด้วยระดับความแม่นยำ, ประสิทธิภาพ, และขุมพลังที่ยังไม่สามารถทำได้ในระดับจุลภาค. กระดาษที่บรรยายผลงานนี้คือ เผยแพร่ในเดือนกันยายน 2018 ปัญหา ของ วิทยาการหุ่นยนต์.

แอคชูเอเตอร์ไมโครไฮดรอลิกใช้เทคนิคที่เรียกว่าอิเล็กโทรเวตติ้งเพื่อให้เกิดการเคลื่อนไหว. การเปียกด้วยไฟฟ้าจะใช้แรงดันไฟฟ้ากับหยดน้ำบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งเพื่อบิดเบือนแรงตึงผิวของของเหลว. แอคทูเอเตอร์ใช้ประโยชน์จากการบิดเบือนนี้เพื่อบังคับหยดน้ำภายในแอคทูเอเตอร์ให้เคลื่อนที่, และกับพวกเขา, ตัวกระตุ้นทั้งหมด.

“คิดถึงหยดน้ำที่หน้าต่าง; แรงโน้มถ่วงบิดเบือนมัน, และเคลื่อนลงมา,” Kedzierski กล่าว. “ที่นี่, เราใช้แรงดันไฟฟ้าทำให้เกิดการบิดเบือน, ซึ่งจะทำให้เกิดการเคลื่อนไหว”

ตัวกระตุ้นถูกสร้างขึ้นในสองชั้น. ชั้นล่างเป็นแผ่นโลหะที่มีอิเล็กโทรดประทับอยู่. ชั้นนี้ถูกปกคลุมด้วยไดอิเล็กทริก, ฉนวนที่กลายเป็นโพลาไรซ์เมื่อใช้สนามไฟฟ้า. ชั้นบนสุดเป็นแผ่นโพลีอิไมด์, พลาสติกที่แข็งแรง, ที่มีช่องตื้นเจาะเข้าไป. ช่องนำเส้นทางของหยดน้ำหลายสิบหยดที่ติดระหว่างสองชั้นและสอดคล้องกับอิเล็กโทรด. เพื่อระงับการระเหย, น้ำถูกผสมล่วงหน้าด้วยสารละลายลิเธียมคลอไรด์, ซึ่งกดแรงดันไอน้ำให้เพียงพอสำหรับหยดละอองขนาดไมโครเมตรอยู่ได้นานหลายเดือน. หยดน้ำจะคงรูปทรงกลมไว้ (แทนที่จะถูกบีบระหว่างชั้น) เนื่องจากแรงตึงผิวและขนาดค่อนข้างเล็ก.

แอคทูเอเตอร์จะมีชีวิตชีวาขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรด, แม้ว่าจะไม่ใช่ทั้งหมดพร้อมกัน. เสร็จสิ้นในวงจรของการเปิดใช้อิเล็กโทรดสองขั้วต่อหยดในแต่ละครั้ง. ไม่มีแรงดันไฟฟ้า, หยดน้ำเพียงหยดเดียววางอยู่บนอิเล็กโทรดสองขั้วอย่างเป็นกลาง, 1 และ 2. แต่ใช้แรงดันไฟฟ้ากับอิเล็กโทรด 2 และ 3, และทันใดนั้นหยดน้ำก็เสียรูป, ยืดเพื่อสัมผัสอิเล็กโทรดที่มีพลังงาน 3 และดึงอิเล็กโทรดออก 1.

แรงในแนวราบในหยดเดียวไม่เพียงพอต่อการเคลื่อนตัวกระตุ้น. แต่ด้วยวัฏจักรแรงดันไฟฟ้านี้ถูกนำไปใช้อย่างพร้อมเพรียงกันกับอิเล็กโทรดที่อยู่ใต้ทุกหยดในอาร์เรย์, ชั้น polyimide ทั้งหมดเลื่อนไปเพื่อลดแรงดึงดูดของหยดต่ออิเล็กโทรดที่ได้รับพลังงาน. ให้หมุนเวียนแรงดันไฟฟ้าผ่าน, และหยดน้ำยังคงเดินผ่านอิเล็กโทรดและชั้นยังคงเลื่อนต่อไป; ปิดแรงดันไฟฟ้า, และแอคทูเอเตอร์จะหยุดในรางของมัน. แรงดันไฟฟ้า, แล้ว, กลายเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการควบคุมการเคลื่อนไหวของแอคชูเอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ.

แต่แอคทูเอเตอร์สามารถต้านทานมอเตอร์ประเภทอื่นได้อย่างไร? ตัววัดสองตัวสำหรับวัดประสิทธิภาพคือความหนาแน่นของพลังงาน, หรือปริมาณกำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์สร้างขึ้นตามน้ำหนัก, และประสิทธิภาพ, หรือการวัดพลังงานที่สูญเปล่า. หนึ่งในมอเตอร์ไฟฟ้าที่ดีที่สุดในแง่ของประสิทธิภาพและความหนาแน่นของกำลังคือมอเตอร์ของรถซีดาน Tesla Model S. เมื่อทีมทดสอบตัวกระตุ้นไมโครไฮโดรลิก, พวกเขาพบว่าอยู่เบื้องหลังความหนาแน่นกำลังของ Model S เท่านั้น (ที่ 0.93 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม) และผลผลิตที่มีประสิทธิภาพ (ที่ 60 เปอร์เซ็นต์ที่มีประสิทธิภาพที่ความหนาแน่นพลังงานสูงสุด). พวกมันเกินตัวกระตุ้นแบบเพียโซอิเล็กทริกและไมโครแอคทูเอเตอร์ประเภทอื่นอย่างกว้างขวาง.

“เราตื่นเต้นเพราะเราได้พบกับเกณฑ์มาตรฐานนั้น, และเรายังคงปรับปรุงในขณะที่เราปรับขนาดให้เล็กลง,” Kedzierski กล่าวว่า. แอคทูเอเตอร์จะพัฒนาขึ้นในขนาดที่เล็กลง เนื่องจากแรงตึงผิวยังคงเท่าเดิมโดยไม่คำนึงถึงขนาดของหยดน้ำ และละอองขนาดเล็กลงจะทำให้มีที่ว่างสำหรับหยดเพิ่มเติมเพื่อบีบและออกแรงในแนวนอนบนแอคทูเอเตอร์. “ความหนาแน่นของพลังงานพุ่งสูงขึ้น. เหมือนมีเชือกที่ความแข็งแรงไม่อ่อนลงเมื่อบางลง,” เขาเพิ่ม.

ตัวกระตุ้นล่าสุด, ขอบด้านหนึ่งใกล้กับรุ่น S, มีการแยกจาก 48 ไมโครเมตรระหว่างหยด. ตอนนี้ทีมงานกำลังลดขนาดลงเหลือ 30 ไมโครมิเตอร์. พวกเขาคาดการณ์ว่า, ในระดับนั้น, แอคชูเอเตอร์จะตรงกับเทสลารุ่น S ในความหนาแน่นของพลังงาน, และ, ที่ 15 ไมโครมิเตอร์, คราสมัน.

การลดขนาดของแอคทูเอเตอร์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสมการ. อีกด้านที่ทีมกำลังทำงานอย่างแข็งขันคือการบูรณาการสามมิติ. ตอนนี้, ตัวกระตุ้นเดียวคือระบบสองชั้น, บางกว่าถุงพลาสติก ยืดหยุ่นได้เหมือนกัน. พวกเขาต้องการซ้อนแอคทูเอเตอร์ในระบบคล้ายนั่งร้านที่สามารถเคลื่อนที่ได้ในสามมิติ.

Kedzierski จินตนาการถึงระบบที่เลียนแบบร่างกายของเรา’ เมทริกซ์ของกล้ามเนื้อ, เครือข่ายของเนื้อเยื่อที่ช่วยให้กล้ามเนื้อของเราบรรลุได้ทันที, ทรงพลัง, และการเคลื่อนไหวที่คล่องตัว. แรงกว่ากล้ามเนื้อสิบเท่า, ตัวกระตุ้นได้รับแรงบันดาลใจจากกล้ามเนื้อในหลาย ๆ ด้าน, ตั้งแต่ความยืดหยุ่นและความเบาไปจนถึงองค์ประกอบของของเหลวและส่วนประกอบที่เป็นของแข็ง.

และเช่นเดียวกับที่กล้ามเนื้อเป็นตัวกระตุ้นที่ยอดเยี่ยมในระดับของมดหรือช้าง, แอคชูเอเตอร์ไมโครไฮดรอลิกเหล่านี้, ด้วย, อาจส่งผลกระทบอย่างทรงพลังไม่เพียงแค่ในระดับไมโครเท่านั้น, แต่ที่มาโคร.

“หนึ่งอาจจินตนาการ,” Eric Holihan กล่าว, ที่ได้ประกอบและทดสอบตัวกระตุ้น, “เทคโนโลยีที่ใช้กับโครงกระดูกภายนอก,” สร้างขึ้นด้วยตัวกระตุ้นที่ทำงานเหมือนกล้ามเนื้อเหมือนจริง, กำหนดค่าเป็นข้อต่อแบบยืดหยุ่นแทนเกียร์. หรือปีกเครื่องบินสามารถแปลงร่างได้ตามคำสั่งไฟฟ้า, โดยมีแอคทูเอเตอร์หลายพันตัวเลื่อนผ่านกันเพื่อเปลี่ยนรูปแบบแอโรไดนามิกของปีก.

ในขณะที่จินตนาการของพวกเขาปั่นป่วน, ทีมเผชิญกับความท้าทายในการพัฒนาระบบขนาดใหญ่ของตัวกระตุ้น. ความท้าทายประการหนึ่งคือการกระจายอำนาจในระดับเสียงนั้นอย่างไร. ความพยายามคู่ขนานในห้องปฏิบัติการที่กำลังพัฒนาไมโครแบตเตอรี่เพื่อรวมเข้ากับแอคทูเอเตอร์สามารถช่วยแก้ปัญหานั้นได้. ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการบรรจุตัวกระตุ้นเพื่อขจัดการระเหยออก.

“ความน่าเชื่อถือและบรรจุภัณฑ์ยังคงเป็นคำถามสำคัญที่ส่งมาให้เราเกี่ยวกับเทคโนโลยี จนกว่าเราจะสาธิตวิธีแก้ปัญหา,” กล่าวโฮลีฮาน. “นี่คือสิ่งที่เราตั้งเป้าโจมตีในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า”


แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, โดย Kylie Foy

เกี่ยวกับ มารี

ทิ้งคำตอบไว้

ปลอดภัยอย่างยอดเยี่ยม & นักเรียนเป็นศูนย์กลาง แพลตฟอร์มการเรียนรู้ 2021