通过亚表面刚度调制动态可调摩擦。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:25
文章英文标题
Dynamically Tunable Friction via Subsurface Stiffness Modulation.
正文
目前软体机器人主要依靠气动和几何不对称来实现运动,这限制了其工作范围、通用性和其他不可系留的功能。本文介绍了一种通过复合结构中刺激响应元件的亚表面刚度调制( SSM ),通过动态可调摩擦实现软机器人运动的新方法来应对这些挑战。为了证明这一点,我们设计并制备了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )嵌入低熔点合金( LMPA )的螺旋通道的弹性体垫,当LMPA条在焦耳加热下熔化后,复合材料结构的柔顺性增加,复合材料表面与对面的摩擦力增加。通过一系列的实验和有限元分析( FEA )研究了这些复合摩擦垫的摩擦行为,阐明了控制可调谐摩擦的基础物理。我们还证明,当这些复合结构被适当地集成到由蠕虫和蚯蚓激发的软爬行机器人中时,这些机器人两端通过SSM产生的摩擦力的差异可能被用来为无绳爬行机器人产生平移运动。
文章内容(英文)
Currently soft robots primarily rely on pneumatics and geometrical asymmetry to achieve locomotion, which limits their working range, versatility, and other untethered functionalities. In this paper, we introduce a novel approach to achieve locomotion for soft robots through dynamically tunable friction to address these challenges, which is achieved by subsurface stiffness modulation (SSM) of a stimuli-responsive component within composite structures. To demonstrate this, we design and fabricate an elastomeric pad made of polydimethylsiloxane (PDMS), which is embedded with a spiral channel filled with a low melting point alloy (LMPA). Once the LMPA strip is melted upon Joule heating, the compliance of the composite structure increases and the friction between the composite surface and the opposing surface increases. A series of experiments and finite element analysis (FEA) have been performed to characterize the frictional behavior of these composite pads and elucidate the underlying physics dominating the tunable friction. We also demonstrate that when these composite structures are properly integrated into soft crawling robots inspired by inchworms and earthworms, the differences in friction of the two ends of these robots through SSM can potentially be used to generate translational locomotion for untethered crawling robots.
来源出处
Journal|[J]Frontiers in Robotics and AIVolume 8, 2021. PP 691789-691789
DOI
https://doi.org/10.3389/FROBT.2021.691789

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