ИСКУССТВЕННЫ E МУСКУЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ...
description
Transcript of ИСКУССТВЕННЫ E МУСКУЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ...
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