Faza dəyişikliyi hərəkətə keçirmə, elektriklə idarə olunan yumşaq robotlar dövrü üçün yenidən canlandırıldı. Coimbra Universitetindəki komandamız yüksək qüvvə və dəqiqlik tələb edən elektrik yumşaq robotları gücləndirmək üçün nəzərdə tutulmuş faza keçidli yumşaq ötürücü hazırlayıb. Bizim innovasiyamız suyun mayedən qaz fazasına keçidindən sadə, genişlənən və olduqca güclü şəkildə mexaniki hərəkət yaratmaq üçün istifadə edir.

Çox vaxt həcmli pnevmatikaya, ekzotik materiallara və ya yüksək gərginliyə əsaslanan ənənəvi yumşaq ötürücülərdən fərqli olaraq, dizaynımız tanınmış bir prosesdən istifadə edir: qaynama. Kiçik daxili qızdırıcıdan istifadə edərək, ötürücümüz suyu buxara çevirir və yumşaq, çevik strukturlarda hərəkəti təmin edən daxili təzyiq yaradır. Nəticədə, bizim aktuator 24 V-ə qədər aşağı gərginliklərdə işləyə, 50 N-dən çox qüvvələr çatdıra və 100 kPa/s-ə qədər təzyiqə nail ola bilər.

Tapıntılarımız Nature Communications jurnalında dərc olunub .

Niyə su?

Faza keçid aktuatorlarının keçmiş cəhdləri yavaş deformasiya dərəcələri, performansın azalması və mürəkkəb dizaynlarla mübarizə aparırdı. Komandamız mühəndislik əsaslarına diqqət yetirərək bu problemləri həll etdi: maye seçimi, istilik ötürülməsi və nəzarət.

Təhlükəsizliyi, əlçatanlığı və termodinamik səmərəliliyi üçün suyu işçi mayemiz kimi seçdik. Ciddi bir seçim prosesi ilə biz nümayiş etdirdik ki, suyun nisbətən yüksək buxarlanma entalpiyası, bir vaxtlar çatışmazlıq kimi qəbul edilmişdi, əslində etibarlı performans göstəricisi kimi xidmət edə bilər. Daha yüksək enerji tələbi, sadəcə olaraq, təhlükəsizliyin təmin edilməsi şərti ilə aşağı entalpiya alternativləri ilə təkmilləşdirmə üçün yer var deməkdir.

Birbaşa müqayisələrdə, silikon elastomerlər və su ilə hazırlanmış aktuatorlarımız mindən çox işəsalma dövründə möhkəm qalaraq 16,6%/s deformasiya sürətinə nail olmaqla əvvəlki dizaynları əhəmiyyətli dərəcədə üstələdi.

https://www.youtube.com/embed/yqiPn_GprtE?color=whiteMaye-qaz faza keçidli elektrik yumşaq ötürücülər işçi maye kimi sudan istifadə edir və burulğan tipli çevik qızdırıcı elementlə təchiz edilir. Kabellə idarə olunan biomimetik əl və maye-qaz faza keçidi ilə işləyən dördayaqlı robot daxil olmaqla yumşaq robot sistemlərinə inteqrasiya olunmuş texnologiya. Kredit: Koimbra Universitetində Robototexnika və AI Qrupu

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1747040088&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-05-vapor-powering-generation-soft-robots.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM2LjAuNzEwMy45MyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNi4wLjcxMDMuOTMiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzYuMC43MTAzLjkzIl0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1747040081196&bpp=1&bdt=1520&idt=695&shv=r20250507&mjsv=m202505060101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1747040082%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1747040082%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1747040082%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0%2C1905x945&nras=2&correlator=7920960845643&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2400&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092192%2C95356809%2C95360294&oid=2&pvsid=2796800480648919&tmod=273553949&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=7433

Modulluğun üstünlükləri

Dizaynımızın mərkəzində modulluq dayanır. Qızdırıcı rulonu, işçi maye kamerasını və xarici yumşaq strukturu ayıraraq, biz müxtəlif hərəkət növləri üçün uyğunlaşdırıla bilən çevik sistem yaratdıq: xətti, əyilmə və ya hər ikisinin kombinasiyası. Bizim xətti ötürücümüz McKibben dizaynına əsaslanır, əyilmə versiyası isə sürətli Pneu-Net (fPN) həndəsəsini izləyir.

Biz aktuatorlarımızı hazır materiallardan və 3D çap və tökmə kimi əlçatan istehsal üsullarından istifadə edərək dizayn etdik.

Sadəliyinə baxmayaraq, dizaynımız mürəkkəb mühəndislik prinsiplərini özündə birləşdirir. Məsələn, biz əvvəlki dizaynlarda mövcud olan əhəmiyyətli bir problemi həll etdik: həddindən artıq soyudulmuş qaynama nəticəsində yaranan mexaniki vibrasiya. Ötürücü daxilində termodinamik uyğunsuzluqlardan qaynaqlanan bu qeyri-sabitlik sabit qaynama vəziyyətini saxlayan qeyri-xətti idarəetmə alqoritmlərindən istifadə etməklə azaldılmışdır.

Vəhşi təbiətdə

Bu yüksək güclü faza keçid aktuatorları əslində nə edə bilər? Onların potensialını nümayiş etdirmək üçün üç prototip hazırladıq:

• Hamar obyekt manipulyasiyasını təmin edən üç xətti ötürücü ilə təchiz edilmiş biomimetik əl.
• Meyvə modelləri də daxil olmaqla müxtəlif formalı və ağırlıqlı obyektləri götürmək üçün üç əyilmə ötürücüsündən istifadə edən yumşaq tutucu.
• Və Bixo, borulara dırmaşmaq və ağac gövdələri arasında sürünmək üçün hazırlanmış dördayaqlı robot.

Bixo-nun dövri hərəkəti (tutma, çəkmə və buraxma) onun ötürücülərinin lokal qızdırılması və soyudulması ilə idarə olunur. Yavaş soyutmanın məlum məhdudiyyəti (yəni, yavaş depressurizasiya) olsa belə, biz 25 saniyə kimi sabit dövrələrə nail olduq.

Bu prototiplər təkcə texniki imkanları nümayiş etdirmir, həm də yumşaq robotların yeni yaranan sinfinə işarə edir: qənaətcil, təhlükəsiz və bağlı nasoslar və ya təhlükəli materiallar olmadan təbii mühitlərdə işləyə bilir.

Gələcəyə qaynar

Gələcəyə baxsaq, potensial təkmilləşdirmələrə miniatürləşdirmə ( istilik yayılmasını artırmaq üçün ), daha yüksək təzyiq əməliyyatı və qabaqcıl yükləmə mexanizmləri daxildir. Hətta indiki vəziyyətdə olsa da, bizim aktuator dizaynımız pnevmatikanın mürəkkəbliyi və ya yüksək gərginlikli sistemlərlə bağlı risklər olmadan yumşaq robotlar yaratmaq istəyən tədqiqatçılar üçün etibarlı təməl təklif edir.

Paket? Bir az istilik və bəzi innovativ mühəndislik ilə su ilə doldurulmuş boru heç vaxt düşünmədiyiniz ən güclü aktuator ola bilər.

Bu hekayə Elm X Dialoqunun bir hissəsidir , burada tədqiqatçılar dərc olunmuş tədqiqat məqalələrinin nəticələrini bildirə bilərlər. Science X Dialoq və necə iştirak etmək barədə məlumat üçün bu səhifəyə daxil olun .

Daha çox məlumat: D. Fonseca və digərləri, yumşaq robot dizaynlarını gücləndirmək üçün elektriklə idarə olunan faza keçid aktuatorları, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59023-7

Bios:

Diogo Fonseca, Portuqaliyanın Koimbra Universitetinin fəlsəfə doktoru tələbəsidir, elektrik yumşaq aktuatorların və mobil yumşaq robotların inkişafı üzrə ixtisaslaşmışdır. Onun tədqiqatı maye-qaz fazasına keçid üsullarına yönəlib və dizayn, istehsal və idarəetmə daxil olmaqla yumşaq robotun inkişafının bütün mərhələlərini əhatə edir. Professor Pedro Netonun rəhbərliyi altında işləyən Robototexnika və AI qrupunun üzvüdür. O, eyni zamanda, eyni qurumda yerləşən Maşınqayırma, Materiallar və Proseslər Mərkəzinə (CEMMPRE) bağlıdır.

Pedro Neto Maşınqayırma fakültəsinin tam professoru və Koimbra Universitetində Robototexnika və Süni İntellekt Qrupunun koordinatorudur. O, Portuqaliya Robototexnika Cəmiyyətinin vitse-prezidenti vəzifəsində çalışıb, IEEE-nin Fabriklərin Avtomatlaşdırılması Komitəsinin üzvü, münsif jurnallarda köməkçi redaktor və qabaqcıl konfransların elmi komitəsinin üzvüdür. Onun hazırkı tədqiqat maraqlarına insan-robot qarşılıqlı əlaqəsi və əməkdaşlığı, maşın öyrənməsi, yumşaq robotlar və qabaqcıl robot tətbiqləri daxildir.

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Daha çox araşdırın

Geyinilə bilən haptiklər incələşir: Çevik haptik yamaq sizə virtual dünyanı hiss etməyə imkan verir