Mikrohydrauliska ställdon är utformade för att omvandla elektrisk kraft till mekanisk kraft i mikroskala med högre effekttäthet och högre effektivitet. Väsentligen, dessa nya ställdon fungerar genom att kombinera ytspänningskraften som härrör från ett stort antal droppar som förvrängs av elektrodvätning.

I en studie publicerad i Vetenskapsrobotik , två forskare vid MIT har nyligen undersökt prestandan hos linjära och roterande mikrohydrauliska ställdon i mikrogramskala som drivs av elektrovätning. Detta arbete är en vidareutveckling av deras tidigare ansträngningar, som undersökte nya sätt att konvertera elkraft till hydraulisk kraft.

"Vi har arbetat med elektrovätningseffekten i ett antal år, och fascinerades av möjligheten att generera fysisk rörelse genom att designa en solid och flytande hybridenhet baserad på elektrovätning, " Jakub Kedzierski, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "Efter att ha arbetat igenom några olika design iterationer, vi bestämde oss för den här designen."

Utformningen av de mikrohydrauliska ställdonen som utformats av Kedzierski och hans kollega Eric Holihan är delvis inspirerad av strukturen hos mänskliga muskler. I muskelfibrer, små krafter mellan aktin- och myosinmolekyler läggs till längs långa filament för att producera en stor total kraft. "På ett liknande sätt, våra ställdon lägger till relativt små ytspänningskrafter som produceras av många elektrovätningsdroppar längs ett långt ark av polyimid för att producera en mycket större kraft, " Kedzierski förklarade. "Vi kallar ställdonen mikrohydrauliska eftersom, som i hydraulik, kraften produceras initialt i vätskan, och överförs sedan till en solid komponent som kan fungera. "

Det mikrohydrauliska ställdonet består av tre huvudkomponenter:elektroduppsättningen, det flytande skiktet av vattendroppar i olja och den fasta dropparrayen. Droppar fästs på droppmatrisen med etsade hydrofila regioner. Genom processen med elektrovätning, dessa droppar dras av elektroder in i elektroduppsättningen.

Därför, när elektroderna cyklas i sekvens, dropparna och dropparrangemanget rör sig tillsammans med den rörliga spänningsvågformen. Den lilla individuella kraften för varje droppe förstärks alltså, eftersom hundratals droppar i varje dropparray bidrar till en större total kraft.

"Två lager separeras med några mikron flytande droppar. Dessa droppar är fästa vid ett lager och kan dras elektriskt av elektroder på det andra lagret, " Kedzierski förklarade. "Detta producerar rörelse mellan de två lagren, och som en bonus, ger permanent smörjning mellan dem. Den lilla ytspänningskraften för varje droppe förstärks genom att ett stort antal droppar arbetar i tandem."

Forskarna utvärderade ställdonet genom att mäta det mekaniska arbetet det kan utföra och den elektriska effekten som krävs. De fann att dess maximala uteffekttäthet var 0,93 kilowatt/kilogram, som liknar några av de bästa elmotorerna på marknaden. Vid maximal effekt, deras manöverdon var 60 procent effektivt, ändå nådde den verkningsgrader så höga som 83 procent när effekten var lägre.

"Det finns några anledningar till att denna teknik är revolutionerande, "Kedzierski sa." Först, den har motorernas effekttäthet, och en hög energiomvandlingseffektivitet. Andra, det fungerar i mycket liten skala och förbättras när komponenterna krymper, medan klassiska motorer försämras snabbt när de krympt under centimetermått. Till sist, den ger exakt digital rörelse på ett sätt som liknar en stegmotor, en arbetshäst för många tekniska tillämpningar, inklusive robotik."

© 2018 Tech Xplore