Новый электростатический привод использует сегнетоэлектрики для увеличения силы искусственных мышц в 1200 раз

Jul 06, 2023

Исследователи из Токийского технологического института и корпорации ENEOS разработали мощные электростатические приводы, которые, по их утверждению, могут обеспечить возможность масштабирования технологии для использования в искусственных мышцах, работая при низком управляющем напряжении.

Электростатические приводы, которые перемещают объекты с помощью электрических полей, достаточно просты в изготовлении и состоят из двух электродов с противоположным зарядом, которые генерируют силу за счет приложения электричества. Они даже оказались полезными для того, чтобы заставить искусственные мышцы двигаться, но у них есть один существенный недостаток: масштабирование технологии до мускулов, подобных человеческим, означает необходимость управлять устройствами слишком высоким напряжением для обеспечения разумной безопасности.

Именно эту проблему исследователи утверждают, что решили, перейдя от традиционных параэлектрических сред к сегнетоэлектрикам, увеличив силу, доступную при более низких напряжениях. «Сегнетоэлектрические среды превосходят обычные параэлектрические среды при использовании в электростатических приводах в двух отношениях», — объясняет Сузуши Нисимура, профессор Токийского технологического института и руководитель проекта. «Во-первых, они могут генерировать более высокую силу, поддерживая большую поляризацию даже при низком напряжении, а во-вторых, их реакция на напряжение почти линейна, что приводит к хорошей управляемости устройства».

Используя нематический жидкий кристалл, который течет при комнатной температуре, команда смогла создать силы на электродах примерно в 1200 раз выше, чем при использовании традиционных материалов, таких как изоляционное масло. Электрод с двойной спиралью, напечатанный на 3D-принтере, также доказал эту концепцию, а не теорию: «Когда мы приложили электрическое поле напряженностью 0,25 МВ м⁻¹, устройство сжалось на 6,3 мм [около 0,25 дюйма], что составляет около 19 процентов от его первоначальной длины», — объясняет Нисимура. «Визуальное наблюдение показало, что устройство движется при подаче напряжения 20 В. Это означает, что даже сухая батарея может питать настоящий привод».

Работа команды была опубликована в журнале Advanced Physics Research, а предварительная копия доступна в онлайн-библиотеке Wiley на условиях открытого доступа.