ИСКУССТВЕННЫE МУСКУЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Яблоков Михаил Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

• Что такое «искусственные мускулы»• Электроактивные полимеры (ЭАП)• Электронные ЭАП • Ионные ЭАП• ESNAM - European Scientific Network for Artificial Muscles• Области использования ЭАП• Примеры применения• «Искусственная кожа» (Е-кожа). Тактильные сенсоры. • Перспективы развития

СОСТЯЗАНИЯ ПО АРМРЕСТЛИНГУ: ЧЕЛОВЕК-РОБОТ

2005 SPIE (International society for optics, photonics, and imaging engineering) International EAPAD (EAP Actuators & Devices) Conference, San Diego, CA

Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles - Reality, Potential and Challenges, Y. Bar-Cohen (editor), SPIE Press, 2004.

Environmental Robots Incorporated (ERI), New Mexico;

Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research, EMPA, Dubendorf, Switzerland;

Engineering Science and Mechanics Dept., Virginia Tech.

ДИНАМИКА ПУБЛИКАЦИЙ

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

0

30

60

90

120

150Web of Science data

"electroactive polymer*" "tactile sensor*" "artificial muscle*"

Num

ber o

f pub

licat

ions

Year

ЭЛЕКТРОАКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРЫ (ЭАП)

• Ионные ЭAП– Полимерные гели (IGL)– Ионные композиты полимер-металл (IPMC)– Проводящие полимеры (CP)– Углеродные нанотрубки (CNT)

• Электронные ЭAП– Пьезоэлектрические полимеры (PP)– Электрострикционные полимеры (EP)– Диэлектрические эластомеры (DE)– Жидкокристаллические эластомеры (LCE)– Аэрогели из углеродных нанотрубок

European Scientific Network for Artificial Muscles (ESNAM)http://www.esnam.euJet Propulsion Laboratory (JPL) NASA; Dr. Yoseph Bar-Cohen http://eap.jpl.nasa.gov

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭАП

(a)Источник питания (b) Верхний электрод(c) диэлектрическая эластомерная пленка(d) Нижний электрод

ВЫКЛ

ВКЛ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО ЭАП

ИОННЫЙ ЭAП

Полимер, который изменяет форму и/или размеры вследствие миграции ионов при приложении

электрического поля (обычно влажный и содержит электролит)

ПРИМЕР ИОННОГО ЭАП

СРАВНЕНИЕ МУСКУЛОВ И ИСКУССТВЕННЫХ МУСКУЛОВ

ПРИМЕНЕНИЯ ЭАП

• АКТЮАТОРЫ• СЕНСОРЫ• ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

• МЕДИЦИНА• ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ• БИОМИМЕТИЧЕСКИЕ РОБОТЫ• ЭКЗОСКЕЛЕТЫ • АРТИКУЛЯЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ• ТАКТИЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ• АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ• АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ• КОНТРОЛЬ ШУМА• ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ• АНИМАЦИЯ• ИГРУШКИ

УПРАВЛЕНИЕ МИМИКОЙ АНДРОИДА С ПОМОЩЬЮ ЭАП

D. Hanson, University of Texas, Dallas, G. Pioggia, University of Pisa, Italy]

ДИРИЖАБЛЬ НА ОСНОВЕ ЭАП

Swiss Federal Labs for Materials Testing and Research (EMPA)

ЭАП ОТ DANFOSS POLYPOWER

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭАП Danfoss PolyPower

Пленка ПДМС; толщина 80 мкм, ширина 200 мм; длина 1 м; Sмакс=30%

ДЕМОНСТРАЦИЯ МАКЕТА НОГИ

С МУСКУЛАМИ ИЗ ЭАП Danfoss PolyPower

Department of Mechanical EngineeringNational Technical University of Athens, GREECE

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ЭАП Danfoss PolyPower

Danfoss PolyPower, Denmark

ТАКТИЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ

• «ИСКУССТВЕННАЯ КОЖА»: E-КОЖА (ELECTRONIC SKIN: Е-SKIN; КАК E-NOSE, E-TONGUE

)

• ДАТЧИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ

ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИД (ПВДФ)

• ДАТЧИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛАСТОМЕРОВ

ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН (ПДМС)

• ОТ ОДИНОЧНОГО СЕНСОРА К МАССИВУ ТАКСЕЛЕЙ (TAXEL – TACTILE ELEMENT; КАК PIXEL – PICTURE

ELEMENT)

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

• РАЗРАБОТКА МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ЭАП

• НАЛИЧИЕ СВЕРХЗАДАЧИ

0 5 10 15 20 25 30 35 400

1

2

3

4

Коли

чест

во о

твет

ов

Годы

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ РЕАЛИЗАЦИИ"СИЛОВЫХ" ИСКУССТВЕННЫХ МУСКУЛОВ

ВЕДУЩИМИ СПЕЦИАЛИСТАМИ