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朗读者第二季第二期开场白

大自然:它只有一克重!下一代柔性机器人微型伸缩泵

????传统的泵和压缩机是由叶轮、轴承和电机组成的大型刚性系统。在工作过程中,它们不仅需要润滑,而且容易产生噪音,即使是基于压电驱动器或电泳的微型泵也不例外。柔性和柔性电动泵的缺乏阻碍了流体驱动软系统在机器人和机电一体化(执行器和传感器)、生物(细胞培养微流体)和可穿戴设备(热分布)等许多方面的应用。

????最近,赫伯特·谢教授和洛桑联邦理工大学(Federal University of Technology)软测量实验室的Vito Cacucciolo博士开发了一种带有嵌入式柔性电极的完全软泵。泵的重量仅为1.0 g。它可以由模块化泵部件(75 mm x 19 mm x 1.3 mm,流体通道的尺寸为55 mm x 2 mm x 0.5 mm)组成。运行中无运动部件,无噪音,无振动。另外,只需调节电场就可以控制液体的流速。最后,研究人员将伸缩泵集成到纺织手套中,嵌入软弯曲结构,显示其在耐磨、软性机器人等领域的应用价值。

????无线执行器应用显示

????热传导的应用演示

????肌液应用显示

????它是如何工作的?

????那么,这种伸缩泵的工作原理是什么呢?实际上,泵的流体通道中充满了介电液体。当施加电压时,电子从电极跳到液体上,使一些分子带电。这些分子很容易被其他电极所吸引,从而导致剩余液体的运动。主要有两种机制:

????带倾斜电容器的导电泵。首先,在电极附近形成混合电荷层,电极的反极离子浓度高于最近的电极。然后,这些离子被吸引到最近的电极上并在那里放电,导致电场流入电极表面,使液体在具有倾斜几何形状的电容器中流动。

????b.带交叉电极的电荷注入。当电场足够高以克服能量势垒时,会导致场发射和电子从阴极穿隧到介电液体。产生的离子在电场的作用下被加速,直到它们在阳极处放电,从而将动量沿着路径传递给中性液体分子。

????两种不同几何形状的电极和相应的电液动力学(EHD)机制

????图文快递

????图1。基于电荷注入EHD的可伸缩泵。

????图2.伸缩式EHD泵的性能。

????a.碳泵在0%和10%应变下的压力与速度的关系。电压在10%应变下增加10%,以保持与0%应变下相同的电场。b.碳和银泵零流量(关闭输出阀)的压力和电流与外加电压的关系。对于AG泵,可以通过改变施加电压的极性来改变流向。c.对Ag泵进行寿命试验,施加(+8kv)方波1小时。d.碳泵响应0-4.7kv的1赫兹方波振幅产生的压力。e.碳泵对4.5kV电压阶跃的瞬态响应表明,压力上升时间为0.4s,下降时间为0.14s,为压力的10%-90%。f.当一台、两台或三台泵全部启动时,三台泵串联产生的压力。对于代表一个泵和两个泵的曲线,所示数据是三个实验的平均值,包括所有三个设备的数据。

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????图3。在织物手套中嵌入一个可伸缩泵,用于内部热量调节。

????闭环流体回路由一个泵和一个缝在织物手套中的蛇形软管(“冷”侧)和一个粘在柔性加热器上的蛇形软管(“热”侧)组成。当打气筒运转时,佩戴者很容易弯曲手腕。泵将液体从加热器循环到手套,然后再回到另一侧。红外图像中的颜色对应于温度图(请参见最右边的颜色条)。最左边的红外图像显示加热器和泵关闭时的初始状态。对于第二幅红外图像,加热器打开,泵关闭:加热器的温度远高于手臂的温度。第三张红外照片是在泵启动几秒钟后拍摄的。可以看出,冷液体从右管进入“热”回路,热量从左管流出。最右边的红外图像显示,流体循环40秒后,加热器的温度降低。软泵的恒温证实了

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