ساخت عملگر نرم نوين با طول عمر بالا با استفاده از سيليكون الاستومر و اتانول

Novel High-Cycle-Life Soft Actuator Using Silicon Elastomer Matrix and Ethanol

قابليت كاربري عملگرهاي مرسوم همانند موتورها و ماهيچه‌هاي مصنوعي هيدروليكي و پنوماتيكي به دليل وزن زياد، ابعاد بزرگ، صداي بيش از اندازه در بسياري از حوزه‌ها محدود شده است. در همين راستا، در سال‌هاي اخير بسياري از محققين و دانشمندان تحقيقات گسترده‌اي جهت معرفي نسل جديدي از عملگرهاي هوشمند، ارزان قيمت، با ابعاد كوچك و سبك انجام داده‌اند. در اين پژوهش ربات نرم با پاسخگويي سريع، با استفاده از كامپوزيت پليمري با زمينه سيليكوني و اتانول به عنوان سيال تغيير فازدهنده (فاز ثانويه) ساخته و رفتار حركتي و پاسخ دمايي آن تحت دوره و سيكل‌هاي متعدد كاري بررسي شد. در اثر تحريك الكتريكي و بواسطه فشار داخلي ايجاد شده درون ميكروكپسول‌هاي حاوي اتانول كه به صورت تصادفي در زمينه كامپوزيت توزيع شده، در دماي تغيير فاز اتانول ، نيروي مكانيكي مورد نياز جهت جابه‌جايي ربات نرم مهيا مي‌گردد. بررسي رفتار حركتي ربات نرم، بيانگر پاسخگويي مطلوب در روز اول و دوم كاري(به ترتيب 8/55 و 6/2 ميلي‌متر جابه‌جايي) بود. هم‌چنين ثبت دماي سطحي و داخلي كامپوزيت، نشان‌دهنده پايداري دمايي ماده بوده، به طوريكه دماي سطح و هسته به ترتيب حداكثر به 48 و 81 درجه سانتي‌گراد رسيد. هم‌چنين ماده در پايان دوره تحريك و در روز هفتم، حدود 11% كاهش وزن در اثر هدر رفت اتانول داشته كه بيانگر عملكرد مطلوب كامپوزيت در خصوص انبارش و حفظ سيال تغيير فازدهنده است.

The application of conventional actuators such as hydraulic and pneumatic motors and artificial muscles is limited in many areas due to their heavy weight, large dimensions, and excessive noise. In recent years, many researchers and scientists have conducted extensive research to introduce a new generation of smart, inexpensive, small, and lightweight operators. In this research, a soft robot with a fast response, using a polymer composite with silicon matrix and ethanol as a phase-changing fluid (secondary phase), was made. Its kinetic behavior and temperature response under several periods and working cycles were investigated. Due to the electrical actuation and the internal pressure created inside the microcapsules containing ethanol, which are randomly distributed in the composite matrix, at the ethanol phase change's temperature, the mechanical force required to move the soft robot is provided. The evaluation of soft robot dynamic operation showed optimal response on the first and second working days (8.55 and 6.2mm of displacement, respectively). Also, the external and internal temperature of the composite indicates the temperature stability of the material, which respectively reached a maximum of 48 and 81°C. Also, at the end of the actuation period on the seventh day, the material had about 11% weight reduction due to ethanol loss, which indicates the desirable performance of the composite in terms of storage and retention of the phase-changing fluid.