연질 박막 액추에이터의 설계, 제작 및 시연

요약

소프트 액추에이터는 소프트 로봇 및 웨어러블 장치 제작에 사용할 수 있습니다. 규정 준수를 통해 변형된 경우에도 기능을 유지할 수 있습니다. 여기에서는 소프트 박막 액추에이터를 제작하고 크롤링 로봇, 소프트 로봇 그리퍼 및 햅틱 피드백 인터페이스에서의 적용을 시연하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

초록

소프트 액추에이터는 소프트 로봇 공학 및 인간-기계 인터페이스 응용 분야와 관련하여 유망한 특성을 제시합니다. 특히 인간의 피부와 직접 접촉할 때 부드럽고 얇은 액추에이터는 인간 조직과의 기계적 결합을 일치시킬 수 있습니다. 소프트 액추에이터의 성능과 견고성을 개선하기 위한 탐구는 유연한 장치 개발에 매우 중요합니다. 견고하고 유연한 장치에 대한 수요는 액추에이터의 성능과 제조 방법에 문제를 제기합니다. 이 기사에서는 연질 박막 액추에이터의 설계 및 제작 기술을 보여줍니다. 이 소프트 액추에이터는 견고하며 다양한 시나리오에서 잠재력을 보여줍니다. 이 프로토콜은 세 가지 다른 응용 분야에서 박막 액추에이터의 잠재력을 보여줍니다. 먼저 연질 박막 액추에이터로 구동되는 크롤링 로봇을 제작했습니다. 로봇은 매우 견고합니다. 지속적인 망치질에도 견딜 수 있으며 몸에 세 개의 금속 바늘이 뚫려도 기능을 유지할 수 있습니다. 둘째, 종이를 손상시키지 않고 잡는 등 미세한 조작을 수행할 수 있는 소프트 로봇 그리퍼를 제작하였다. 셋째, 박막 액추에이터가 있는 촉각 피드백 장치를 제작하여 인간의 피부와 상호 작용할 때 촉감 피드백을 제공할 수 있습니다. 이 프로토콜은 견고한 소프트 박막 액추에이터를 위한 효율적인 제조 프로세스를 보여주며, 견고한 소프트 로봇 공학을 구동하기 위한 다양한 응용 가능성을 제공합니다.

서론

리지드 모터에 비해 유연한 액추에이터는 우수한 컴플라이언스 및 적응성을 나타냅니다¹. 그들은 소프트 로봇 및 센서 제조에 널리 사용됩니다. 현재 유형의 소프트 액추에이터에는 공압 액추에이터², 화학 연료 액추에이터³, 유압 액추에이터⁴, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터⁵, 유전체 엘라스토머 액추에이터⁶ 및 전기 활성 폴리머 액추에이터⁷가 포함됩니다. 이 연구의 목적은 간단한 제조 공정과 강력한 성능을 갖춘 유연한 액추에이터를 설계하는 것입니다. 위의 특성은 다음 텍스트에 설명되어 있습니다.

개발된 연박막 액추에이터(STFA)는 전기접착(EA) 원리⁸을 통해 작동합니다. STFA의 구조와 작동 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 그 구조는 활성 층과 에어 갭으로 분리 된 기판 ....

프로토콜

이 프로토콜은 STFA 및 STFA 기반 크롤링 로봇, 소프트 로봇 그리퍼 및 햅틱 피드백 인터페이스의 제작 단계를 설명합니다. 그림 2, 그림 3, 그림 4 및 그림 5 는 단계별 디바이스 제작 프로세스를 보여줍니다. 본 연구에 사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.

1. 연질 박막 액추에이터 제작

1. 인터디지티드 전극 패턴을 설계합니다(그림 2A).
2. 레이저 조각 매개변수를 구성합니다(절단: 전력 = 20, 속도 = 10, PPI/Hz = 1000).
3. 알루미늄 코팅(두께 100μm)이 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 호일을 30cm× 20cm 크기로 자릅니다.
4. 알루미늄 면이 위로 향하게 하는 PET 호일을 레이저 절단기 작업 공간에 배치합니다.
5. PET 호일....

결과

제안된 방법을 시연하기 위해 프로토콜은 프로토타입 장치의 제작 및 기능 검증 성능을 간략하게 설명합니다. 먼저 STFA의 제조 공정이 자세히 설명되어 있습니다. 그림 2A 는 리드 부착을 위해 연결 패드에서 끝나는 인터디지티드 전극으로 구성된 설계된 전극 패턴을 보여줍니다. 그림 2E 는 완료된 STFA를 보여줍니다. 작동 중에 인접한 손가락간 전극에 전압을 가하면 접촉면에 반대 전하를 유도하는 전기장이 생성됩니다. 이러한 전하 사이의 정전기 인력은 활성화된 STFA와 표적 표면 사이에 전기 접착을 생성합니다.

위의 내용을 바탕으로 STFA로 구동되는 크롤링 로봇이 개발되었습니다. 로봇의 방향성 이동은 끝이 45° 구부러지도록 설계된 한 쌍의 팔다리에 의해 .......

토론

이 방법론을 사용하여 STFA를 성공적으로 제작한 후 세 가지 응용 분야에서 STFA의 잠재력을 입증했습니다. STFA 제작에는 세 가지 중요한 단계가 포함됩니다: (1) 적절한 2D 설계: 전극 패턴 형상은 액추에이터의 치수를 결정하는 반면, 인터디지티드 전극의 수량과 치수는 작동 성능을 결정합니다. (2) 신뢰할 수 있는 전기 인터페이스: 알루미늄 전극층과 외부 리드의 적절한 연결은 전도성 접착제를 사용하여 달성됩니다. (3) 견고한 캡슐화: 접착 테이프 또는 기타 유전체 재료로 전극 표면을 완전히 덮으면 동적 작동 중에 기계적 안정성을 보장할 수 있습니다. 절연 파괴 오류가 발생하면 지나치게 높은 구동 전압 또는 전극 사이의 우발적인 단락으로 인해 발생할 수 있습니다(¹²). 문제를 해결하는 방법에는 구동 전압을 2.5kV 미만으로 제한하고 구동 전압을 적용하기 전에 전극 사이에 우발적인 전기 연결이 없는지 확인하는 것이.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
0.1mm 양면 테이프	3분
0.8mm 양면 테이프	3분	VHB
3D 프린터	밤부	X1-카본
에어브러쉬	꽉 쥐다	LP-131 시리즈	노즐 거리는 10cm, 압력은 15psi, 각도는 45-60도입니다.
오토캐드	오토데크
전도성 접착제	진시다	K-818
디메틸 포름아미드	맥클린	CAS 68-12-2
레이저 커터	트로텍	질문400	조각: 전력 = 55, 속도 = 100, 인치당 펄스 수(PPI)/Hz = 1000 절단: 전력 = 20, 속도 = 10, PPI/Hz = 1000
마이크로 자동 코팅기	BEV	1818H	주행 속도 = 2, 스크레이퍼 높이 = 0.7mm
P(VDF-TrFE-CTFE)	피에조테크-아케마
알루미늄이 포함된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 호일	핀하오 테크놀로지
로봇 팔	예봇	암1
실리콘 엘라스토머 베이스	실가르드	184
단면 테이프	델리