使用电和水, 一种新的马达的可以滑动微型机器人为运动

环顾四周，你可能会看到，电动机运行的东西. Microhydraulic执行器, 人类毛发的三分之一更薄的宽度, 被证明是在微观上最强大和高效电机. 强大而高效, 他们让我们的很多世界而动, 一切从我们的电脑冰箱在我们的汽车自动窗. 但这些品质对于变坏等时，电机缩小到尺寸比立方厘米小.

水滴被插入到致动器microhydraulic, 其使当电压被施加到拉液滴在一个方向上的电极. 此圆盘状的致动器的内径 5 毫米.

照片: 格伦库珀

“在非常小的尺度, 你得到一个加热器，而不是一个电机,” 说过 亨克的Jakub, 在麻省理工学院林肯实验室的工作人员 化学, 微, 和纳米技术集团. 今天, 没有电机存在，既高效且功能强大的microsizes. 这是一个问题, 因为需要这种规模的电机把小型化系统投入运动 - microgimbals可以在千里激光点在一定程度上的一小部分, 微型无人机能挤进残骸寻找生还者, 甚至机器人，可以通过人的消化道抓取.

为了帮助电力系统这样的, Kedzierski和他的团队正在一个新的类型的电机称为microhydraulic器. 该执行器的精度水平移动, 效率, 和力量还没有成为可能在微尺度. 描述这一成果已 发表在九月 2018 问题 的 科学机器人.

所述致动器microhydraulic使用一种称为电润湿技术来实现运动. 电润湿施加在固体表面上的电电压水滴扭曲液体的表面张力. 所述致动器采取这种失真的优点以迫使致动器的内部的水滴移动, 并与他们, 整个致动器.

“想想水窗上滴; 重力扭曲它, 和下移,” 说Kedzierski. “这里, 我们用电压引起的失真, 这反过来又产生运动。”

所述致动器在两个层构成. 底层是金属的有电极的片材冲压成它. 该层被覆盖有电介质, 当施加电场时变为偏振光的绝缘体. 顶层为聚酰亚胺的片材, 坚固的塑料, 具有浅通道钻入它. 通道引导几十水滴，其将在所述两个层之间施加和与电极对准的路径. 推迟蒸发, 水预混合的氯化锂的溶液中, 这将压低水的蒸汽压力足以使微米尺寸的液滴持续数月. 液滴保持其圆润的造型 (代替在层之间被辗) 由于它们的表面张力和相对较小的尺寸.

当电压被施加到电极上的致动器来生活, 虽然不是所有的人都在一次. 它是在一个时间每滴两个电极导通的一个周期完成. 由于没有电压, 单个水滴中立搁置在两个电极, 1 和 2. 但是，施加电压到电极 2 和 3, 突然液滴变形, 拉伸触摸激励电极 3 拔去电极的 1.

在一个液滴该水平力是不够的，移动致动器. 但与此电压周期一致地施加到所述电极阵列中的每一滴下方, 整个聚酰亚胺层滑过至液滴吸引力安抚到通电电极. 通过不断循环的电压, 和液滴继续走在电极和所述层继续滑过; 关闭电压关闭, 和致动器停止在它的轨道. 电压, 然后, 成为精确控制执行机构运动的有力工具.

但如何执行站起来对其他类型的电机? 两个指标来衡量性能是功率密度, 或功率的量的马达相对于它的重量产生, 和效率, 或浪费的能量的量度. 一个在效率和功率密度方面最好电动机为特斯拉S型轿车的马达. 当团队测试了microhydraulic执行器, 他们发现他们是仅次于S型的功率密度 (在 0.93 每公斤千瓦) 和输出效率 (在 60 在百分之最大功率密度高效). 他们普遍超过压电致动器和其他类型的微致动器.

“我们很高兴，因为我们满足这一基准, 而我们仍在改进，因为我们扩展到更小的尺寸,” Kedzierski说. 致动器在较小的尺寸提高，因为不管表面张力保持水滴尺寸的相同的 - 和更小的液滴腾出更液滴以挤压和施加在致动器的水平力. “功率密度只是急增. 这就像有绳子，其强度不会减弱，因为它得到更薄,” 他加了.

最新的驱动器, 在一个边接近S型, 有一个分离 48 液滴之间微米. 该小组目前正在萎缩下来到 30 微米. 他们预计，, 该尺度, 该致动器将在功率密度匹配特斯拉S型, 和, 在 15 微米, 日食它.

缩放驱动器下来就是方程的只是其中的一部分. 另一方面的团队正在积极为3 d整合. 马上, 单个致动器是一个两层体系, 比塑料袋较薄和柔性的像一个太. 他们想堆在类脚手架系统的执行器，可以在三维空间中移动.

Kedzierski设想这样一个系统模仿我们的身体’ 肌肉矩阵, 组织，使我们的肌肉，以达到瞬间的网络, 强大, 和灵活的运动. 十倍比肌肉更有力, 执行器是由多方面肌肉的启发, 从它们的灵活性和亮度以它们的流体和固体组分的组合物.

正像肌肉处于蚂蚁或大象规模的优秀驱动器, 这些microhydraulic执行器, 太, 不能只是在微尺度有强大的影响力, 但在宏观.

“可以想象,” 说埃里克Holihan, 谁已经组装和测试驱动器, “该技术被应用到外骨骼,” 与致动器工作作为逼真的肌肉建造, 配置到柔性接头，而不是齿轮. 或飞机机翼可以变身电气命令, 与滑过对方数千致动器来改变机翼的气动形式.

虽然他们的想象都翻腾, 球队面临着发展的促动器的大型系统的挑战. 一个挑战是如何在该卷分配权力. 在正在开发微型电池与驱动器集成实验室的并行努力可以帮助解决这个问题. 另一个挑战是如何使蒸发被消除打包驱动器.

“可靠性和包装将继续提出我们对这项技术占主导地位的问题，直到我们展示了一个解决方案,” 说Holihan. “这是我们期待在未来数月攻击头的东西。”

资源: HTTP://news.mit.edu, 由凯利·福伊