形状记忆合金软驱动器的周期性和非均匀变形通过调整弹性肌腱结构

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:55
文章英文标题
Intergrated Shape Memory Alloys Soft Actuators with Periodic and Inhomogeneous Deformations by Modulating Elastic Tendon Structures
正文
通过组装多个单向记忆效应形状记忆合金( SMAs )元件或引入偏置元件,实现了类似生物周期性运动的软驱动器,导致软驱动器结构复杂,控制困难。受功率放大生物体系的启发,利用三维集成成型技术的优势,提出了一种集成SMA -聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合结构( SPCS ),该结构仅通过控制SMA相变和PDMS应变势能分布状态,即可实现周期性的异质驱动。为了检验该机制的可行性,本文进行了SPCS变形的理论模型研究。数值可行性分析结果表明,影响SPCS变形的因素主要涉及SMA的励磁电流强度、PDMS结构厚度及其分布状态。实验结果表明,电流强度主要影响SPCS的变形速率,PDMS厚度不仅是实现SPCS周期性变形的关键,而且PDMS结构厚度的有序排列有助于SPCS实现周期性非均匀变形。这些表明,该机制可以启发软执行器、智能可穿戴设备和医疗设备的设计。
文章内容(英文)
The soft actuators similar to the periodic motion of biological organisms are accomplished based on assembling multiple unidirectional memory effect shape memory alloys (SMAs) components or introducing biasing elements, which give rise to the complex structure and difficult control of soft actuators. Herein, inspired by the power‐amplified biological systems, beneficial with the advantages of 3D integrated molding technology, an integrated SMA‐polydimethylsiloxane (PDMS) composite structure (SPCS) is proposed, which can achieve periodic heterogeneous actuation only by controlling the SMA phase transformation and the PDMS strain potential energy distribution states. To test the feasibility of the mechanism, a theoretical model of SPCS deformation is conducted. The results of numerical feasibility analysis show that the factors affecting SPCS deformation mainly involve the excitation current strength of SMA, PDMS structure thickness and its distribution state. The experimental results show that the current intensity mainly affects the deformation rate of SPCS, and the thickness of PDMS is not only the key to realize the periodic deformation of SPCS but also the orderly arrangement of PDMS structure thickness is helpful for SPCS to achieve periodic heterogeneous deformation. These demonstrate that the proposed mechanism can inspire the design of soft actuators, smart wearable equipment, and medical devices.
来源出处
Journal|[J]Advanced Engineering MaterialsVolume 22, Issue 12. 2020.
DOI
https://doi.org/10.1002/ADEM.202000640

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