Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Hiru diapositibako karrusel bat bistaratzen du aldi berean.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.
Ehunak eta muskulu artifizialak konbinatzeak ehun adimendunak sortzeko arreta handia erakartzen ari da komunitate zientifiko eta industrialaren aldetik.Ehun adimendunek abantaila ugari eskaintzen dituzte, besteak beste, erosotasun egokitzailea eta objektuekiko adostasun maila altua, nahi den mugimendu eta indarra lortzeko aktuazio aktiboa eskaintzen duten bitartean.Artikulu honek fluidoek bultzatutako muskulu-zuntz artifizialak ehuntzeko, ehuntzeko eta itsasteko hainbat metodo erabiliz egindako ehun adimendun programagarrien klase berri bat aurkezten du.Puntuzko eta ehundutako ehunezko xaflen luzapen-indarraren ratioa deskribatzeko eredu matematiko bat garatu zen, eta, ondoren, haren baliozkotasuna probatu zen esperimentalki.Ehungintza "adimentsua" berriak malgutasun, adostasun eta programazio mekaniko handikoak ditu, eta mugimendu anitzeko eta deformazio gaitasunak ahalbidetzen ditu aplikazio sorta zabalagoetarako.Egiaztapen esperimentalaren bidez ehungintza-prototipo adimendunak sortu dira, forma-aldaketaren hainbat kasu barne, hala nola luzapena (% 65 arte), eremuaren hedapena (% 108), hedapen erradiala (% 25) eta tolestura-mugimendua.Ehun tradizional pasiboak konformazio biomimetikoko egituren egitura aktiboetan birkonfiguratzeko kontzeptua ere aztertzen ari da.Proposatutako ehun adimendunek eramangarri adimendunen, sistema haptikoak, robot bigun biomimetikoak eta elektronika eramangarrien garapena erraztea espero da.
Robot zurrunak eraginkorrak dira ingurune egituratuetan lan egiten dutenean, baina ingurune aldakorren testuinguru ezezagunarekin arazoak dituzte, eta horrek erabilera mugatzen du bilaketan edo esplorazioan.Naturak kanpoko faktoreei eta aniztasunari aurre egiteko estrategia asmatzaile askorekin harritzen jarraitzen gaitu.Esaterako, landare igokarien zartaginek mugimendu multimodalak egiten dituzte, hala nola makurtzea eta kiribila, ingurune ezezagun bat arakatzeko euskarri egoki baten bila1.Artizarrak (Dionaea muscipula) hostoetan ile sentikorra du eta, aktibatzen denean, harrapakinak harrapatzeko lekuan sartzen dira2.Azken urteotan, bi dimentsioko (2D) gainazaletatik egitura biologikoak imitatzen dituzten hiru dimentsioko (3D) formetara dauden gorputzen deformazioa edo deformazioa ikerketa-gai interesgarri bilakatu da3,4.Robotiko konfigurazio bigun hauek forma aldatzen dute ingurune aldakorretara egokitzeko, lokomozio multimodala ahalbidetzeko eta lan mekanikoa egiteko indarrak aplikatzeko.Haien irismena robotika aplikazio ugaritara hedatu da, besteak beste, hedagarriak5, robot birkonfiguragarriak eta autotolesgarriak6,7, gailu biomedikoak8, ibilgailuak9,10 eta elektronika hedagarriak11.
Ikerketa asko egin da plaka lau programagarriak garatzeko, aktibatzen direnean hiru dimentsioko egitura konplexuetan bilakatzen direnak3.Egitura deformagarriak sortzeko ideia sinple bat estimuluen aurrean malgutzen eta zimurtzen diren material ezberdinetako geruzak konbinatzea da12,13.Janbaz et al.14 eta Li et al.15ek kontzeptu hori ezarri dute beroarekiko sentikorrak diren robot deformagarri multimodalak sortzeko.Estimuluei erantzuteko elementuak barne hartzen dituzten origamian oinarritutako egiturak hiru dimentsioko egitura konplexuak sortzeko erabili dira16,17,18.Egitura biologikoen morfogenesian inspiratuta, Emmanuel et al.Forma deformagarriak diren elastomeroak gomazko gainazal baten barruan aire-kanalak antolatuz sortzen dira, presiopean hiru dimentsioko forma konplexu eta arbitrarioetan bihurtzen direnak.
Ehunak edo ehunak robot bigun deformagarrietan integratzea interes zabala sortu duen beste kontzeptu-proiektu berri bat da.Ehungintzak hariz egindako material leun eta elastikoak dira, ehungintza, ehungintza, txirikorda edo korapiloa ehuntzea bezalako tekniken bidez.Ehunen propietate harrigarriek, malgutasuna, doikuntza, elastikotasuna eta transpiragarritasuna barne, oso ezagunak egiten dituzte arropetatik hasi eta mediku aplikazioetaraino20.Hiru ikuspegi zabal daude ehunak robotikan sartzeko21.Lehenengo ikuspegia ehuna beste osagai batzuen babes edo oinarri pasibo gisa erabiltzea da.Kasu honetan, ehun pasiboek egokitzapen erosoa eskaintzen diote erabiltzaileari osagai zurrunak eramatean (motorrak, sentsoreak, elikadura iturria).Eramangarri diren robot bigunak edo exoeskeleto leunenak planteamendu honetan sartzen dira.Adibidez, ibiltzeko 22 eta ukondoetako laguntzak 23, 24, 25, eskularru leunak 26 eskularru eta atzamarretarako, eta robot bigun bionikoak 27.
Bigarren ikuspegia ehunak gailu robotiko bigunen osagai pasibo eta mugatu gisa erabiltzea da.Ehungintzan oinarritutako eragingailuak kategoria honetan sartzen dira, non ehuna kanpoko ontzi gisa eraiki ohi den barruko mahuka edo ganbera edukitzeko, zuntz bigunak indartutako eragingailu bat osatuz.Kanpoko iturri pneumatiko edo hidrauliko baten menpe daudenean, eragingailu bigun hauek forma-aldaketak jasaten dituzte, luzapena, tolestura edo bihurritzea barne, jatorrizko osaeraren eta konfigurazioaren arabera.Adibidez, Talman et al.Orkatilako arropa ortopedikoa, oihalezko poltsikoz osatutakoa, planta-flexioa errazteko ibilaldia berreskuratzeko28.Hedagarritasun ezberdineko ehun-geruzak konbina daitezke mugimendu anisotropikoa sortzeko 29 .OmniSkins - Eragingailu bigun eta substratu-material ezberdinez egindako robot-larru bigunak objektu pasiboak funtzio anitzeko robot aktibo bihur ditzakete, hainbat aplikaziotarako mugimendu eta deformazio multimodalak egin ditzaketenak.Zhu et al.luzapena, tolestura eta hainbat deformazio-higidura sor ditzakeen ehun likidoko muskulu-orria31 garatu dute.Buckner et al.Zuntz funtzionalak ehun konbentzionaletan integratzea funtzio anitz dituzten ehun robotikoak sortzeko, hala nola aktuazioa, sentsazioa eta zurruntasun aldakorra32.Kategoria honetako beste metodo batzuk 21, 33, 34, 35 lan hauetan aurki daitezke.
Robotika bigunen eremuan ehunen propietate nagusiak aprobetxatzeko azken hurbilketa bat harizpi erreaktiboak edo estimuluei erantzuten dieten harizpi adimendunak sortzeko ehungintzako fabrikazio-metodo tradizionalak erabiliz, hala nola ehungintza, puntuzko eta ehuntze-metodoak erabiliz21,36,37.Materialaren konposizioaren arabera, hari erreaktiboak forma-aldaketa eragiten du elektrizitate-, termiko edo presio-ekintza jasaten duenean, eta horrek ehunaren deformazioa dakar.Ikuspegi honetan, ehungintza tradizionalak sistema robotiko bigun batean integratzen direnean, ehunaren birmoldaketa barruko geruzan (haria) gertatzen da kanpoko geruzan beharrean.Horrela, ehun adimendunek manipulazio bikaina eskaintzen dute mugimendu multimodalei, deformazio programagarriari, luzagarritasunari eta zurruntasuna doitzeko gaitasunari dagokionez.Esaterako, forma memoriako aleazioak (SMA) eta forma memoriako polimeroak (SMP) sar daitezke ehunetan haien forma aktiboki kontrolatzeko estimulazio termikoaren bidez, hala nola, beheratze38, zimurrak kentzea36,39, ukimenezko eta ukimenezko feedbacka40,41, baita moldakorra ere. janzteko arropa.gailuak 42 .Hala ere, berotzeko eta hozteko energia termikoa erabiltzeak erantzun motela eta hozte eta kontrol zailak eragiten ditu.Duela gutxi, Hiramitsu et al.McKibben-en muskulu finak43,44, muskulu artifizial pneumatikoak, ehun-egitura aldatuz ehun aktibo mota ezberdinak sortzeko udarte-hari gisa erabiltzen dira45.Planteamendu honek indar handiak ematen baditu ere, McKibben muskuluaren izaera dela eta, bere hedapen-abiadura mugatua da (<% 50) eta ezin da tamaina txikia lortu (diametroa < 0,9 mm).Horrez gain, zaila izan da ertz zorrotzak behar dituzten ehuntze-metodoetatik ehungintza-eredu adimendunak osatzea.Ehun adimendunen sorta zabalagoa osatzeko, Maziz et al.Elektroaktiboak jantzi daitezkeen ehunak puntuz eta ehunduz garatu dira polimero elektrosentikorreko hariak46.
Azken urteotan, muskulu artifizial termosentikor mota berri bat sortu da, oso bihurritu eta merkeen polimero-zuntzekin eraikia47,48.Zuntz hauek komertzialki eskuragarri daude eta erraz sartzen dira ehungintzan edo ehungintzan arropa merkeak ekoizteko.Aurrerapenak izan arren, beroarekiko sentikorrak diren ehun berri hauek erantzun-denbora mugatua dute berotzeko eta hozteko beharragatik (adibidez, tenperatura kontrolatutako ehunak) edo nahi diren deformazio eta mugimenduak sortzeko programatu daitezkeen puntuzko eta ehundutako eredu konplexuak egiteko zailtasunagatik. .Adibideak hemen eskaintzen ditugun hedapen erradiala, 2Dtik 3Dra forma eraldaketa edo bi norabideko hedapena dira.
Aipatutako arazo hauek gainditzeko, artikulu honetan, duela gutxi sartu ditugun muskulu-zuntz artifizial bigunekin (AMF) 49,50,51, fluido bidezko ehun adimendun berri bat aurkezten da.AMFak oso malguak dira, eskalagarriak eta 0,8 mm-ko diametroa eta luzera handietara (gutxienez 5000 mm-ra) murriztu daitezke, aspektu-erlazio handia (luzera eta diametroa) eta luzapen handia (gutxienez % 245), energia handia eskaintzen dutenak. eraginkortasuna, 20Hz baino gutxiagoko erantzun azkarra).Ehun adimendunak sortzeko, AMF hari aktibo gisa erabiltzen dugu 2D muskulu-geruza aktiboak osatzeko puntuzko eta ehuntzeko tekniken bidez.Ehun "adimentsu" hauen hedapen-tasa eta uzkurtze-indarra kuantitatiboki aztertu ditugu, emandako fluidoen bolumenari eta presioari dagokionez.Puntuzko eta ehundutako xaflen luzapen-indarraren erlazioa ezartzeko eredu analitikoak garatu dira.Mugimendu multimodalerako ehun adimendunen programazio mekanikoko hainbat teknika ere deskribatzen ditugu, besteak beste, norabide biko luzapena, tolestura, hedapen erradiala eta 2Dtik 3Dra igarotzeko gaitasuna.Gure ikuspegiaren indarra erakusteko, AMF ehun komertzialetan edo ehunetan ere integratuko dugu, hainbat deformazio eragiten dituzten egitura pasiboetatik aktiboetara aldatzeko.Kontzeptu hori hainbat saiakuntza-bankutan ere frogatu dugu, harien tolestura programagarria barne, nahi diren letrak eta forma-aldaketa biologikoko egiturak ekoizteko, hala nola, tximeletak, egitura laukoiak eta loreak bezalako objektuen forman.
Ehunak bi dimentsioko egitura malguak dira, hala nola hari, hari eta zuntzekin, dimentsio bakarreko hariekin elkartuta.Ehungintza gizateriaren teknologiarik zaharrenetako bat da eta oso erabilia da bizitzako alderdi guztietan, bere erosotasuna, moldagarritasuna, transpiragarritasuna, estetika eta babesagatik.Ehun adimendunak (arropa adimenduna edo ehun robotiko gisa ere ezagutzen direnak) gero eta gehiago erabiltzen dira ikerketan, robotikoen aplikazioetan duten ahalmen handiagatik20,52.Ehun adimendunek objektu bigunekin elkarreraginaren giza esperientzia hobetuko dutela hitzematen dute, eremuan paradigma aldaketa bat ekarriz, non ehun mehe eta malguaren mugimendua eta indarrak kontrolatu daitezkeen zeregin zehatzak egiteko.Artikulu honetan, gure azken AMF49an oinarritutako ehun adimendunak ekoizteko bi ikuspegi aztertzen ditugu: (1) AMF hari aktibo gisa erabiltzea ehungintza adimendunak sortzeko ehungintzako ohiko teknologiak erabiliz;(2) sartu AMF zuzenean ehun tradizionaletan nahi den mugimendua eta deformazioa suspertzeko.
AMF barneko silikonazko hodi batez osatuta dago potentzia hidraulikoa hornitzeko eta kanpoko bobina helikoidala bere hedapen erradiala mugatzeko.Horrela, AMF-ak luzetara luzatzen dira presioa aplikatzen denean eta, ondoren, uzkurtzeko indarrak erakusten dituzte presioa askatzen denean jatorrizko luzera itzultzeko.Zuntz tradizionalen antzeko propietateak dituzte, besteak beste, malgutasuna, diametro txikia eta luzera luzea.Hala ere, AMF aktiboagoa eta kontrolatuagoa da mugimenduari eta indarrari dagokionez, ohikoak baino.Ehun adimendunen azken aurrerapen azkarrek inspiratuta, hemen ehun adimendunak ekoizteko lau ikuspegi nagusi aurkezten ditugu, AMF aspaldian ezarritako ehunak fabrikatzeko teknologia bati aplikatuta (1. Irudia).
Lehenengo bidea ehuntzea da.Trama-puntu-teknologia erabiltzen dugu puntuzko ehun erreaktibo bat ekoizteko, hidraulikoki eragiten denean norabide bakarrean zabaltzen dena.Puntuzko maindireak oso luzagarriak eta luzagarriak dira, baina ehundutako maindireak baino errazago askatzen dira.Kontrol-metodoaren arabera, AMF-k errenkada indibidualak edo produktu osoak osa ditzake.Xafla lauez gain, tutudun puntuzko ereduak ere egokiak dira AMF egitura hutsak fabrikatzeko.Bigarren metodoa ehuntzea da, non bi AMF erabiltzen ditugun urdatze eta trama gisa, bi norabidetan independentean heda daitekeen ehundutako xafla laukizuzen bat osatzeko.Ehundutako maindireek puntuzko maindireek baino kontrol handiagoa ematen dute (bi noranzkoetan).Hari tradizionaletik AMF ere ehundu dugu, norabide bakarrean bakarrik askatu daitekeen ehundutako xafla sinpleago bat egiteko.Hirugarren metodoa - hedapen erradiala - ehuntze-teknikaren aldaera bat da, non AMPak ez laukizuzen batean kokatzen dira, espiral batean baizik, eta hariek muga erradiala ematen dute.Kasu honetan, txirikorda erradialki zabaltzen da sarrerako presioaren azpian.Laugarren planteamendu bat AMF oihal pasiboko xafla batean itsastea da, nahi den norabidean tolestu mugimendu bat sortzeko.Apurketa-taula pasiboa apurketa-taula aktibo batean birkonfiguratu dugu AMF bere ertzean exekutatuta.AMFren izaera programagarri honek aukera ugari zabaltzen ditu bio-inspiratutako formak eraldatzen dituzten egitura bigunetarako, non objektu pasiboak aktibo bihur ditzakegun.Metodo hau sinplea, erraza eta azkarra da, baina prototipoaren iraupena arriskuan jar dezake.Ehunen propietate bakoitzaren indarguneak eta ahuleziak zehazten dituzten literaturako beste ikuspegi batzuetara aipatzen da irakurlea21,33,34,35.
Ohiko ehunak egiteko erabiltzen diren hari gehienek egitura pasiboak dituzte.Lan honetan, aurrez garatutako AMF erabiltzen dugu, metro luzera eta submilimetroko diametroetara irits daitekeena, ehungintzako hari pasibo tradizionalak AFMrekin ordezkatzeko, ehun adimentsu eta aktiboak sortzeko, aplikazio sorta zabalagorako.Hurrengo ataletan ehungintzako prototipo adimendunak egiteko metodo zehatzak deskribatzen dira eta haien funtzio eta portaera nagusiak aurkezten dira.
AMF hiru elastiko eskuz landu genituen trama-puntu-teknika erabiliz (2A. irudia).Materialen aukeraketa eta AMF eta prototipoen zehaztapen zehatzak Metodoak atalean aurki daitezke.AMF bakoitzak begizta simetriko bat osatzen duen bide bihurri bat jarraitzen du (ibilbidea ere deitzen zaio).Errenkada bakoitzaren begiztak haien gainean eta azpian dauden errenkadetako begiztekin finkatzen dira.Zutabe baten eraztunak ibilbidearekiko perpendikularra ardatz batean konbinatzen dira.Gure puntuzko prototipoa zazpi puntuko (edo zazpi puntu) hiru ilara ditu ilara bakoitzean.Goiko eta beheko eraztunak ez daude finkoak, beraz, dagozkion metalezko hagatxoei lotu diezazkiekegu.Puntuzko prototipoak puntuzko ehun konbentzionalak baino errazago argitu ziren, AMFren zurruntasun handiagoagatik ohiko hariekin alderatuta.Hori dela eta, ondoko errenkadetako begiztak lokarri elastiko meheekin lotu ditugu.
Ehungintza adimendunaren prototipo desberdinak AMF konfigurazio ezberdinekin inplementatzen ari dira.(A) Puntuzko xafla hiru AMFz egina.(B) Bi AMFren bi norabideko ehundutako xafla.(C) AMF eta hari akrilikoz egindako norabide bakarreko ehundutako xafla batek 500 g-ko karga jasan dezake, hau da, bere pisua 192 aldiz (2,6 g).(D) Erradialki zabaltzen den egitura AMF batekin eta kotoizko hariarekin muga erradial gisa.Zehaztapen zehatzak Metodoak atalean aurki daitezke.
Puntu baten sigi-saga-begiztak norabide ezberdinetan luza daitezkeen arren, gure prototipoko puntuzko puntuak presiopean begiztaren noranzkoan hedatzen da batez ere, bidaiaren noranzkoaren mugak direla eta.AMF bakoitzaren luzatzeak puntuzko xaflaren azalera osoa zabaltzen laguntzen du.Baldintza espezifikoen arabera, hiru AMF kontrola ditzakegu hiru fluido-iturri ezberdinetatik independentean (2A irudia) edo aldi berean fluido-iturri batetik 1-3 fluido-banatzaile baten bidez.irudian.2A-k puntuzko prototipo baten adibide bat erakusten du, hasierako eremua % 35 handitu zen hiru AMP-i (1.2 MPa) presioa eginez.Nabarmentzekoa, AMF-k bere jatorrizko luzeraren % 250eko gutxienez49 luzapen handia lortzen du, beraz puntuzko xaflak egungo bertsioek baino are gehiago luza daitezke.
Bi AMFtik osatutako bi norabideko ehundura-orriak ere sortu ditugu ehun lauko teknika erabiliz (2B irudia).AMF okerra eta trama angelu zuzenetan nahasten dira, gurutzatutako eredu sinple bat osatuz.Gure prototipoaren ehundura ehun lau orekatu gisa sailkatu zen, bi urda-hariak eta trama-hariak hari-tamaina berekoak zirelako (ikusi Metodoak atala xehetasunetarako).Tolesdura zorrotzak sor ditzaketen hari arruntak ez bezala, aplikatutako AMF-k makurtze-erradio jakin bat behar du ehundura-ereduaren beste hari batera itzultzean.Hori dela eta, AMPz egindako ehundutako xaflak dentsitate txikiagoa dute ohiko ehun ehunekin alderatuta.AMF motako S (kanpo-diametroa 1,49 mm) 1,5 mm-ko gutxieneko tolestura-erradioa du.Esaterako, artikulu honetan aurkezten dugun ehundura prototipoak 7×7 hari eredua du, non elkargune bakoitza korapilo elastiko mehe baten korapilo batekin egonkortzen den.Ehuntze-teknika bera erabiliz, hari gehiago lor ditzakezu.
Dagokion AMF-ak fluidoaren presioa jasotzen duenean, ehundutako xaflak bere eremua zabaltzen du deformazio edo trama noranzkoan.Hori dela eta, txirikordatutako xaflaren dimentsioak (luzera eta zabalera) kontrolatu genituen bi AMPei aplikatzen zaien sarrerako presioa modu independentean aldatuz.irudian.2B-k ehundutako prototipo bat erakusten du, jatorrizko eremuaren % 44ra hedatu zen AMP bati (1,3 MPa) presioa eginez.Bi AMFren aldibereko presioaren eraginez, eremua %108 handitu zen.
Norabide bakarreko ehundutako xafla bat ere egin dugu AMF bakarretik, trama gisa urdila eta hari akrilikoak (2C irudia).AMF-ak zazpi sigi-saga-ilaratan daude antolatuta eta hariek AMF-ilara hauek ehuntzen dituzte oihalezko xafla angeluzuzena osatuz.Ehundutako prototipo hau 2B irudian baino trinkoagoa zen, xafla osoa erraz betetzen zuten hari akriliko leunei esker.Deformazio gisa AMF bakarra erabiltzen dugunez, ehundutako xafla presiopean soilik hedatu daiteke deformaziorantz.2C irudiak ehundutako prototipo baten adibidea erakusten du, zeinaren hasierako azalera % 65 handitzen den presioa handituz (1,3 MPa).Gainera, txirikordatutako pieza honek (2,6 gramoko pisua du) 500 gramoko karga altxa dezake, hau da, bere masa 192 aldiz.
AMF-a sigi-saga-ereduan ehundutako xafla angeluzuzena sortzeko ordez, AMF-ren espiral forma laua egin genuen, gero kotoizko hariarekin erradialki mugatu zen ehundutako xafla biribil bat sortzeko (2D irudia).AMFren zurruntasun handiak plakaren erdiko eskualdea betetzea mugatzen du.Hala ere, betegarri hori hari elastikoz edo ehun elastikoz egin daiteke.Presio hidraulikoa jasotzean, AMPak bere luzetarako luzapena xaflaren hedapen erradiala bihurtzen du.Azpimarratzekoa da, halaber, espiral formaren kanpoko zein barneko diametroak handitu egiten direla harizpien muga erradiala dela eta.2D irudiak erakusten du 1 MPa-ko presio hidraulikoa aplikatuta xafla biribil baten forma jatorrizko azaleraren %25era hedatzen dela.
Ehun adimendunak egiteko bigarren ikuspegi bat aurkezten dugu hemen, non AMF bat oihal zati lau bati itsatsi eta egitura pasibo batetik aktiboki kontrolatutako batera konfiguratzen dugun.Tolestura-unitatearen diseinu-diagrama irudian agertzen da.3A, non AMP erdialdetik tolesten den eta hedaezinezko ehun-zerrenda batean itsatsi (kotoizko muselina-ehuna) alde biko zinta itsasgarri gisa erabiliz.Zigilatu ondoren, AMFren goiko aldea zabaltzen da, eta behealdea zintak eta ehunak mugatzen du, eta tira oihalrantz okertu egiten da.Bihurgunearen eragingailuaren edozein zati desaktibatu dezakegu edonon zinta-zerrenda bat itsatsiz.Desaktibatuta dagoen segmentua ezin da mugitu eta segmentu pasibo bihurtzen da.
Oihalak birkonfiguratzen dira AMF ehun tradizionaletan itsatsiz.(A) Tolestutako AMF hedaezin baten gainean itsatsiz egindako tolestura-unitate baten diseinu-kontzeptua.(B) Eragingailuaren prototipoaren tolestura.(C) Oihal angeluzuzen bat lau hankako robot aktibo batean birkonfiguratzea.Ehun elastikoa: kotoizko elastikoa.Ehun elastikoa: poliesterra.Zehaztapen zehatzak Metodoak atalean aurki daitezke.
Luzera ezberdinetako hainbat tolestura-eragingailu prototipo egin genituen eta hidraulikoekin presioratu genituen tolestura-mugimendu bat sortzeko (3B irudia).Garrantzitsua denez, AMF lerro zuzen batean jar daiteke edo tolestu daiteke hainbat hari osatzeko eta, ondoren, ehunari itsatsi hari kopuru egokia duen tolestura-unitatea sortzeko.Ehun pasiboko xafla ere tetrapodoen egitura aktibo batean bihurtu genuen (3C irudia), non AMF erabili genuen ehun laukizuzen hedaezin baten ertzak bideratzeko (kotoizko muselina ehuna).AMP ehunari alde biko zinta zati batekin lotzen da.Ertz bakoitzaren erdialdea pasibo bihurtzeko zinta egiten da, lau ertzak aktibo geratzen diren bitartean.Ehun elastikozko goiko estalkia (poliester) aukerakoa da.Oihalaren lau ertzak tolestu egiten dira (hankak dirudite) sakatzean.
Garatutako ehun adimendunen propietateak kuantitatiboki aztertzeko proba-banku bat eraiki genuen (ikus Metodoak atala eta S1 irudi osagarria).Lagin guztiak AMFz eginak zirenez, emaitza esperimentalen joera orokorra (4. irudia) bat dator AMFren ezaugarri nagusiekin, hots, sarrerako presioa irteerako luzapenarekiko zuzenean proportzionala da eta konpresio-indarraren alderantziz proportzionala da.Hala ere, ehun adimendun hauek beren konfigurazio espezifikoak islatzen dituzten ezaugarri bereziak dituzte.
Ehungintzako konfigurazio adimendunak ditu.(A, B) Sarrerako presioaren eta irteerako luzapenaren eta indarraren histeresi-kurbak ehundutako xaflak.(C) Xafla ehunduaren eremuaren hedapena.(D,E) Puntuzko arropetarako sarrerako presioaren eta irteerako luzapenaren eta indarraren arteko erlazioa.(F) Erradial hedatzen diren egituren eremuaren hedapena.(G) Tolesteko unitateen hiru luzera ezberdinen tolestura-angeluak.
Ehundutako xaflaren AMF bakoitza 1 MPa-ko sarrerako presioa jasan zuten, gutxi gorabehera % 30eko luzapena sortzeko (4A. irudia).Esperimentu osorako atalase hau aukeratu genuen hainbat arrazoirengatik: (1) luzapen nabarmen bat sortzeko (% 30 gutxi gorabehera) haien histeresi-kurbak azpimarratzeko, (2) esperimentu ezberdinetatik eta prototipo berrerabilgarrietatik ziklistak saihesteko, ustekabeko kalteak edo hutsegiteen ondorioz..fluidoen presio altuan.Hildako eremua argi ikusten da, eta txirikorda geldirik geratzen da sarrerako presioa 0,3 MPa-ra iritsi arte.Presio-luzapenaren histeresi grafikoak ponpaketa eta askapen faseen arteko tarte handia erakusten du, ehundutako xaflak hedatzetik uzkurdurara mugimendua aldatzen duenean energia galera nabarmena dagoela adierazten du.(4A. irudia).1 MPa-ko sarrera-presioa lortu ondoren, ehundutako xaflak 5,6 N-ko uzkurdura-indarra egin lezake (4B. irudia).Presio-indarraren histeresi grafikoak ere erakusten du berrezarri kurba ia gainjartzen dela presio-gehikuntza-kurbarekin.Ehundutako xaflaren eremuaren hedapena bi AMF bakoitzari aplikatzen zaion presioaren araberakoa zen, 3D gainazaleko grafikoan (4C irudia).Esperimentuek ere erakusten dute ehundutako xafla batek % 66ko eremuaren hedapena sor dezakeela bere okerra eta trama AMFak 1 MPa-ko presio hidraulikoa jasaten dutenean.
Puntuzko xaflarako emaitza esperimentalek ehundutako xaflaren antzeko eredua erakusten dute, tentsio-presioa diagraman histeresi-hutsune zabala eta presio-indar kurbak gainjarriz.Puntuzko xaflak % 30eko luzapena erakusten zuen, ondoren konpresio indarra 9 N izan zen 1 MPa-ko sarrerako presioan (4D, E. irudia).
Ehundutako xafla biribil baten kasuan, bere hasierako azalera % 25 handitu zen hasierako eremuarekin alderatuta, 1 MPa-ko presio likidoa jasan ondoren (4F. irudia).Lagina hedatzen hasi baino lehen, sarrerako presio-zona hil handi bat dago 0,7 MPa-raino.Hildako gune handi hau espero zen laginak AMF handiagoetatik egin baitziren, eta horrek presio handiagoak behar zituen hasierako estresa gainditzeko.irudian.4F-k ere erakusten du askapen kurba ia bat datorrela presioa handitzeko kurbarekin, eta energia-galera txikia adierazten du diskoaren mugimendua aldatzen denean.
Hiru tolestura-eragileen emaitz esperimentalek (ehunen birkonfigurazioa) erakusten dute haien histeresi kurbak antzeko eredua dutela (4G irudia), non sarrerako presioa 0,2 MPa arteko zona hila bizi duten altxatu aurretik.Likido-bolumen bera (0,035 ml) aplikatu dugu hiru tolestura-unitateri (L20, L30 eta L50 mm).Hala ere, eragingailu bakoitzak presio-gailur desberdinak izan zituen eta tolestura-angelu desberdinak garatu zituen.L20 eta L30 mm-ko eragingailuek 0,72 eta 0,67 MPa-ko sarrerako presioa izan zuten, hurrenez hurren 167° eta 194°-ko tolestura angeluetara iritsiz.Tolestura-unitate luzeenak (50 mm-ko luzera) 0,61 MPa-ko presioa jasan zuen eta 236°-ko gehienezko tolestura-angelura iritsi zen.Presio-angeluaren histeresi grafikoek ere hutsune handi samarrak agerian utzi zituzten hiru tolestura-unitateen presio- eta askapen-kurben artean.
Sarrerako bolumenaren eta irteerako propietateen arteko erlazioa (luzapena, indarra, eremuaren hedapena, tolestura-angelua) goiko ehungintza adimendunen konfigurazioetarako S2 irudi osagarrian aurki daiteke.
Aurreko ataleko emaitza esperimentalek argi erakusten dute AMF laginen sarrerako presioaren eta irteerako luzapenaren arteko erlazio proportzionala.Zenbat eta AMB sendoagoa izan, orduan eta luzapen handiagoa garatu eta energia elastikoagoa metatzen du.Hortaz, zenbat eta handiagoa da egiten duen konpresio-indarra.Emaitzek ere erakutsi zuten laginek konpresio-indar maximoa iristen zutela sarrerako presioa guztiz kendu zenean.Atal honek puntuzko eta ehundutako xaflen luzapenaren eta uzkurtze-indar maximoaren arteko erlazio zuzena ezarri nahi du, modelizazio analitiko eta egiaztapen esperimentalaren bidez.
Fout indar uzkurkor maximoa (sarrerako presioan P = 0) AMF bakar baten 49. erref.n eman zen eta honela berriro sartu zen:
Horien artean, α, E eta A0 luzatze-faktorea, Young-en modulua eta silikonazko hodiaren sekzio-eremua dira, hurrenez hurren;k bobina espiralaren zurruntasun-koefizientea da;x eta li desplazamendua eta hasierako luzera dira.AMP, hurrenez hurren.
ekuazio egokia.(1) Hartu puntuzko eta ehundutako izarak adibide gisa (5A, B irudiak).Puntuzko Fkv produktuaren eta ehundutako Fwh produktuaren uzkurtze-indarrak (2) eta (3) ekuazioaren bidez adierazten dira, hurrenez hurren.
non mk begizta kopurua den, φp puntuzko ehunaren begizta-angelua injekzioan zehar (5A. irud.), mh hari kopurua da, θhp puntuzko ehunaren injekzio-angelua da (5B. irudia), εkv εwh puntuzko xafla eta ehundutako xaflaren deformazioa da, F0 bobina espiralaren hasierako tentsioa da.Ekuazioaren deribazio zehatza.(2) eta (3) informazio osagarrian aurki daitezke.
Luzapen-indar erlaziorako eredu analitiko bat sortzea.(A,B) Puntuzko eta ehundutako xaflaren eredu analitikoen ilustrazioak, hurrenez hurren.(C,D) Puntuzko eta ehundutako xaflaren eredu analitikoak eta datu esperimentalak alderatzea.RMSE Erroko batez besteko karratu errorea.
Garatutako eredua probatzeko, luzapen-esperimentuak egin ditugu 2A irudiko puntuzko ereduak eta 2B irudiko txirikorda-laginak erabiliz.Uzkurdura-indarra %5eko gehikuntzan neurtu zen blokeatutako luzapen bakoitzeko %0tik %50era.Bost entseguen batez bestekoa eta desbideratze estandarra 5C irudian (knit) eta 5D irudian (knit) aurkezten dira.Eredu analitikoko kurbak ekuazioen bidez deskribatzen dira.(2) eta (3) parametroak taulan ematen dira.1. Emaitzek erakusten dute eredu analitikoa bat datorrela elongazio-tarte osoko datu esperimentalekin 0,34 N puntuzko arropetarako, 0,21 N ehundutako AMF H (norabide horizontala) eta 0,17 N-ko erro karratuaren errorearekin (RMSE). ehundutako AMFrako.V (norabide bertikala).
Oinarrizko mugimenduez gain, proposatutako ehun adimendunak mekanikoki programatu daitezke mugimendu konplexuagoak eskaintzeko, hala nola S-bihurdura, uzkurdura erradiala eta 2Dtik 3Dra deformazioa.Ehun adimendun lauak nahi diren egituretan programatzeko hainbat metodo aurkezten ditugu hemen.
Domeinua norabide linealean zabaltzeaz gain, norabide bakarreko ehundutako xaflak mekanikoki programatu daitezke mugimendu multimodala sortzeko (6A. irudia).Txirikorda-xaflaren luzapena tolestu-mugimendu gisa birkonfiguratzen dugu, bere aurpegietako bat (goian edo behean) josteko hariarekin mugatuz.Xaflek gainazal mugarantz okertu ohi dira presiopean.irudian.6A irudiak ehundutako panelen bi adibide erakusten ditu, erdi bat goiko aldean estututa eta beste erdia beheko aldean estututa dagoenean S itxura hartzen duten panelak.Bestela, tolestura-mugimendu zirkular bat sor dezakezu, non aurpegi osoa mugatuta dagoen.Norabide bakarreko xafla txirikordatu bat konpresio mahuka batean ere egin daiteke bere bi muturrak egitura tubular batean lotuz (6B. irudia).Mahuka pertsona baten hatz erakuslearen gainean jartzen da konpresioa emateko, mina arintzeko edo zirkulazioa hobetzeko masaje terapia modu bat.Beste gorputz atal batzuetara egokitzeko eskala daiteke, hala nola besoak, aldakak eta hankak.
Xaflak norabide bakarrean ehuntzeko gaitasuna.(A) Egitura deformagarriak sortzea, josteko harien formaren programagarritasunaren ondorioz.(B) Hatz konpresio mahuka.(C) Xafla txirikordatuaren beste bertsio bat eta besaurrearen konpresio mahuka gisa ezartzea.(D) M motako AMF, hari akrilikoz eta Velcro uhalez egindako beste konpresio mahuka prototipo bat.Zehaztapen zehatzak Metodoak atalean aurki daitezke.
6C irudiak AMF bakarreko eta kotoizko hariz egindako norabide bakarreko ehundutako xafla baten beste adibide bat erakusten du.Xafla eremuan %45 heda daiteke (1,2 MPa-tan) edo presiopean mugimendu zirkularra eragin dezake.Xafla bat ere sartu dugu besaurrearen konpresio mahuka sortzeko, xaflaren amaieran uhal magnetikoak erantsiz.6D irudian besaurre-besoaren konpresio-mahuka prototipo bat erakusten da, non norabide bakarreko txirikordadun xaflak M AMF motaz (ikus Metodoak) eta hari akrilikoz egin ziren konpresio-indar indartsuagoak sortzeko.Mainrien muturrak Velcro uhalez hornitu ditugu erraz eransteko eta esku-tamaina desberdinetarako.
Euste-teknika, luzapen lineala tolestura-higidura bihurtzen duena, bi norabideko ehundutako xaflei ere aplikagarria da.Kotoizko hariak ehuntzen ditugu deformazioaren alde batean eta ehundutako izarak ehuntzen ez daitezen (7A. irudia).Horrela, bi AMF-k presio hidraulikoa bata bestearengandik independentean jasotzen dutenean, xaflak norabide biko tolestura-mugimendu bat jasaten du hiru dimentsioko egitura arbitrario bat osatzeko.Beste ikuspegi batean, hedaezinezko hariak erabiltzen ditugu norabide biko ehundutako xaflen norabide bat mugatzeko (7B irudia).Horrela, xaflak tolestu eta luzatze mugimendu independenteak egin ditzake dagokion AMF presiopean dagoenean.irudian.7B-k adibide bat erakusten du, non norabide biko txirikordadun xafla bat gizakiaren hatz baten bi heren inguruan biltzeko tolestura-mugimendu batekin eta gero bere luzera luzatzeko gainerakoa luzatze-mugimendu batekin estaltzeko.Maindire bi norabideko mugimendua moda diseinatzeko edo arropa adimendunaren garapenerako erabilgarria izan daiteke.
Norabide biko ehundutako xafla, puntuzko xafla eta erradialki zabal daitezkeen diseinu-gaitasunak.(A) Norabide biko lotu bi norabideko zumezko panelak norabide biko bihurgune bat sortzeko.(B) Norabide bakarreko mugatutako zumezko panelek flexioa eta luzapena sortzen dute.(C) Puntuzko xafla oso elastikoa, gainazaleko kurbadura desberdinetara molda daitekeena eta egitura tubularra ere osatu dezakeena.(D) forma paraboliko hiperboliko bat osatuz erradialki zabaltzen den egitura baten erdiko lerroaren mugaketa (patata patata frijituak).
Puntuzko zatiaren goiko eta beheko errenkadaren ondoko bi begizta josteko hariarekin lotu genituen (7C. irudia).Horrela, ehundutako xafla guztiz malgua da eta ondo egokitzen da gainazaleko hainbat kurbatara, hala nola giza eskuen eta besoen azalaren gainazala.Egitura tubular bat ere sortu dugu (mahuka) puntuzko zatiaren muturrak bidaiaren noranzkoan lotuz.Mahuka ondo inguratzen da pertsonaren hatz erakuslea (7C. irudia).Ehunaren sinuositateak doikuntza eta deformagarritasun bikainak eskaintzen ditu, arropa adimendunetan erabiltzeko erraza da (eskularruak, konpresiozko mahukak), erosotasuna (ajustearen bidez) eta efektu terapeutikoa (konpresioaren bidez) eskaintzen duena.
Norabide anitzetan 2D erradiala hedatzeaz gain, ehundutako xafla zirkularrak ere programatu daitezke 3D egiturak osatzeko.Txirikorda biribilaren erdiko lerroa hari akrilikoarekin mugatu genuen bere hedapen erradial uniformea eteteko.Ondorioz, ehundutako xafla biribilaren jatorrizko forma laua forma paraboliko hiperboliko batean (edo patata frijituak) eraldatu zen, presioz egin ondoren (7D. irudia).Forma aldatzeko gaitasun hori igogailu gisa inplementatu liteke, lente optiko gisa, robot mugikorren hanketan edo moda diseinuan eta robot bionikoetan erabilgarria izan liteke.
Malgutasun unitateak sortzeko teknika erraz bat garatu dugu AMF ez luzagarria den ehun-zerrenda batean itsatsiz (3. irudia).Kontzeptu hau erabiltzen dugu forma programagarriak diren hariak sortzeko, non atal aktibo eta pasibo anitz estrategikoki banatu ditzakegun AMF batean, nahi diren formak sortzeko.Presioa handitu ahala forma zuzenetik letrara (UNSW) alda dezaketen lau harizpi aktibo fabrikatu eta programatu genituen (S4 irudi osagarria).Metodo sinple honek AMFren deformagarritasuna ahalbidetzen du 1D lerroak 2D forma eta, agian, 3D egiturak bihurtzeko.
Antzeko ikuspegi batean, AMF bakarra erabili genuen ehun normal pasiboaren zati bat tetrapodo aktibo batean birkonfiguratzeko (8A. irudia).Bideratze eta programazio kontzeptuak 3C irudian agertzen direnen antzekoak dira.Dena den, xafla laukizuzenen ordez, eredu laukorreko ehunak erabiltzen hasi ziren (dortoka, kotoizko muselina).Hori dela eta, hankak luzeagoak dira eta egitura gorago altxa daiteke.Egituraren altuera pixkanaka handitzen da presiopean, hankak lurrarekiko perpendikularrak izan arte.Sarrerako presioak gora egiten jarraitzen badu, hankak barrurantz kolpatuko dira, egituraren altuera jaitsiz.Tetrapodoek lokomozioa egin dezakete hankak norabide bakarreko ereduez hornituta badaude edo AMF anitz erabiltzen badira mugimendua manipulatzeko estrategiekin.Lokuzio-robot bigunak behar dira hainbat zereginetarako, besteak beste, suteetatik ateratako erreskateak, eroritako eraikinak edo ingurune arriskutsuak eta sendagaiak emateko robotak.
Ehuna birkonfiguratzen da forma aldatzeko egiturak sortzeko.(A) Itsatsi AMF oihal-xafla pasiboaren ertzean, lau hankako egitura zuzengarri bihurtuz.(BD) Ehunen birkonfigurazioaren beste bi adibide, tximeleta eta lore pasiboak aktibo bihurtuz.Ez luzatzen den ehuna: kotoizko muselina arrunta.
Ehunak birkonfiguratzeko teknika honen sinpletasuna eta aldakortasuna ere aprobetxatzen ditugu birmoldatzeko bioinspiratutako bi egitura gehigarri sartuz (8B-D irudiak).AMF bideragarri batekin, forma-deforma daitezkeen egitura hauek ehun pasiboen orrietatik egitura aktibo eta orientagarrietara birkonfiguratzen dira.Tximeleta monarkan inspiratuta, tximeleta-egitura eraldatzailea egin genuen tximeleta itxurako oihal zati bat (kotoizko muselina) eta hegoen azpian itsatsitako AMF zati luze bat erabiliz.AMF presiopean dagoenean, hegoak tolesten dira.Monarch Butterfly bezala, Butterfly Robot-en ezkerreko eta eskuineko hegalek modu berean astintzen dituzte, biak AMFk kontrolatzen dituelako.Tximeleta-flapak erakusteko soilik dira.Ezin du Smart Bird bezala hegan egin (Festo Corp., AEB).Oihalezko lore bat ere egin dugu (8D. Irudia) bakoitzak bost petaloko bi geruzaz osatua.AMF geruza bakoitzaren azpian jarri genuen petaloen kanpoko ertzaren ondoren.Hasieran, loreak lore betean daude, petalo guztiak guztiz irekita.Presiopean, AMF-ak petaloen tolestura-mugimendua eragiten du, itxi egiten dituelarik.Bi AMFek modu independentean kontrolatzen dute bi geruzen mugimendua, eta geruza bateko bost petaloak aldi berean malgutzen dira.
Argitalpenaren ordua: 2022-12-26