Sáng tạo mới cho cấu trúc robot mềm

Để giải quyết vấn đề này, các nhà tự động hóa và robotic nỗ lực nghiên cứu và phát triển những công nghệ mới, có thể điều chỉnh và kiểm soát độ cứng cho những ứng dụng robot mềm.

Ngày nay, những công nghệ này được triển khai rộng rãi nhằm tăng cường khả năng nắm bắt của các bộ cơ khí mềm hoặc đảm bảo khả năng phản hồi vật lý trong các thiết bị đeo.

Các robot và thiết bị tự động hóa mềm có độ cứng biến đổi được sử dụng trong các thiết bị y tế, chẳng hạn như ống thông vi xâm lấn hay thiết bị phục hồi chức năng, hóa cứng khóa thiết bị thành một hình dạng nhất định, kiểm soát sự thay đổi tự do của bộ phận cơ thể cần phục hồi.

Nhưng thiết kế cấu trúc và chế tạo các công nghệ điều chỉnh độ cứng của robot mềm rất phức tạp, đòi hỏi những quy trình nhiều thời gian, tính linh hoạt trong cấu trúc thiết kế và khả năng ứng dụng công nghệ rất hạn chế, chỉ giới hạn trong một sản phẩm nhất định.

Trong một bài báo gần đây, được công bố trên Tạp chí Advanced Intelligence Systems, các nhà khoa học từ École polytechnique fédérale de Lausanne (Thụy Sĩ), Đại học bang North Carolina (Hoa Kỳ) và Đại học Truyền thông điện tử (Tokyo) giới thiệu cấu trúc một cơ cấu truyền động mềm có thể biến đổi độ cứng mới - một yếu tố tạo ra biến dạng vật lý - có cấu trúc bánh sandwich bao gồm ba lớp: Điện cực mềm, lớp điện môi và điện cực độ cứng thay đổi, chế tạo từ gallium.

Theo bản báo cáo khoa học này, một lớp điện cực có độ mềm cao (mỡ dẫn điện carbon) được phủ lên một mặt của lớp điện môi polymer đàn hồi và không làm hạn chế chuyển động của miếng polymer.

Lớp thứ ba được gắn vào bề mặt phía bên kia của lớp polymer. Đó là một dải mềm làm bằng gallium gắn ngoằn ngoèo, được gói trong màng nhựa acrylic.

Hai mặt của bộ truyển động biến đổi độ cứng sử dụng gallium.

Gallium thay đổi pha giữa trạng thái rắn và lỏng ở nhiệt độ thấp, ở ranh  giới nhiệt độ cơ thể con người.

Áp đặt một điện thế trên cả hai điện cực (mỡ dẫn điện carbon) một bên và điện cực ngoằn ngoèo gallium từ phía bên kia sẽ tạo ra một lực tĩnh điện hấp dẫn khiến cho miếng polymer điện môi đàn hồi co lại theo chiều dày và giãn nở rộng ra.

Trong thiết kế hiện nay, gallium là một lớp điện cực và có thể thay đổi độ cứng của bộ truyền động bằng phương pháp làm nóng các rãnh kim loại gallium.

Giải pháp sử dụng một điện cực dùng chung để dẫn động tĩnh điện, đồng thời thay đổi độ cứng của thiết bị cho được thành quả tích hợp hai công nghệ trong một thiết bị duy nhất.

Sự đơn giản của quy trình chế tạo các lớp được thực hiện bằng phương pháp sử dụng màng dính hai mặt, dễ dàng liên kết các lớp với nhau không cần tiền xử lý. Có thể sử dụng chế độ khắc của máy cắt laser để tạo các rãnh gallium lỏng trên bề mặt màng dính.

Thiết bị mới thay đổi được độ cứng đáng kể và hiệu suất hoạt động lớn hơn so với những bộ truyền động biển đổi độ cứng khác dưới dẫn động tĩnh điện. Điện cực đồng chế tạo có thể được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, cung cấp một phương tiện cho phép điều chỉnh độ cứng đơn giản nhất.

Ngoài các dụng cụ cầm nắm của robot, một điện cực tương tự có thể được ứng dụng như phát triển cánh quạt tuabin có độ cứng thay đổi trong không gian vũ trụ.

Ngoài ra, cấu trúc nhỏ gọn có thể được ứng dụng trong trong thiết bị cảm ứng và thiết bị đeo.