Dielectric elastomers adalah bahan untuk membuat aktuator atau motor dengan sifat lembut dan ringan yang dapat mengalami besar deformasi yang aktif dengan efisiensi konversi energi tinggi. Ini telah membuat elastomer dielektrik yang popular untuk menciptakan perangkat seperti tangan robot, robot yang lembut, lensa merdu dan katup pneumatik dan memungkinkan mengepakkan sayap robot.
Laporan minggu ini dalam jurnal Applied Physics Letters dari AIP Publishing, para peneliti dari Harbin Institute of Technology di Weihai, Cina dan University of California, Los Angeles (UCLA), telah menemukan sebuah fenomena resonansi baru pada sendi rotary elastomer dielektrik yang dapat membuat tikungan sendi buatan naik dan turun,seperti mengepakkan sayap.
"Elastomer dielektrik adalah sejenis Polymer electro-aktif yang dapat berbentuk jika Anda menerapkan tegangan di atasnya," kata Jianwen Zhao, seorang profesor dari Departemen Teknik Mesin dari Harbin Institute of Technology.
Dia mengatakan bahwa kebanyakan studi pada dielektrik elastomer menggunakan tegangan yang statis atau stabil untuk merangsang gerakan sendi, yang membuat tikungan bersama pada sudut yang tetap, sementara mereka tertarik untuk melihat bagaimana sendi buatan bereaksi terhadap arus bolak-balik atau secara periodik mengubah tegangan.
"Kami menemukan bahwa tegangan bolak-balik dapat membuat sendi yang terus menekuk di sudut yang berbeda. Terutama, ketika inersia rotasi sendi atau tegangan cukup besar, sendi dapat membentuk sudut yang negatif, dengan kata lain, itu dapat menekuk lebih dari 90 derajat sampai dengan 180 derajat, mengikuti prinsip yang berbeda dari aturan normal resonansi."
Zhao berkata fenomena yang baru ini membuat sendi elastomer dielektrik sebagai awalan yang bagus untuk membuat kepakan sayap yang lembut dan ringan pada burung robot, yang akan menjadi lebih efisien daripada sayap burung berdasarkan motor listrik karena efisiensi konversi energi lebih tinggi (60-90 persen) dari elastomer dielektrik.
Seperti otot aktuator
Soft robotics menyediakan banyak keuntungan dibandingkan robotika tradisional, berdasarkan rigid materials, termasuk interaksi fisik manusia-robot lebih aman, digerakkan lebih efisien/stabil dan adaptive morphologies. Elastomer dielektrik, karena sifat inheren lembut dan ringan dan pertunjukan elektro mekanis yang lebih unggul, mereka dianggap sebagai semacam bahan yang mendekati dengan otot manusia, menarik perhatian luas antara para ilmuwan dalam lingkup soft-technology dalam beberapa tahun terakhir.
Dibuat dengan mengapit lembut film elastomer isolasi antara dua elektroda compliant, elastomer dielektrik dapat diperas dan diperluas di pesawat ketika tegangan diberikan antara elektroda. Berbeda dengan aktuator berdasarkan bahan baku seperti silikon, elastomer dielektrik dapat mencapai tingkat yang sangat besar dari peregangannya, sering melebihi 100 persen elongasi sementara tidak sampai melanggar, kemungkinan-kemungkinan baru dalam berbagai bidang termasuk soft robotics, tunable optics dan manipulasi sel.
Actuator dielektrik elastomer Zhao menggunakan yang disebut " dielectric elastomer minimum-energy structure," yang terdiri dari bingkai elastis tipis dan sebelum perenggangan dielektrik elastomer film, kata Zhao. Setelah mengikuti lengkungan film ke frame elastis tipis,memulihkan kekuatan dielektrik elastomer film membungkuk frame elastis,menyeimbangkan pada keadaan energi minimum.
Ketika menerapkan kilovolts dari arus listrik rendah pada elastomer dielektrik, bingkai merata dan membungkuk sudut menurun. Untuk membatasi kerangka membungkuk untuk hanya satu sumbu, dua bingkai kaku dipasang ke frame utama sebagai klengkungan tepi yang kaku, semuanya kemudian membentuk rotary joint.
Secara dinamis mengubah tegangan dapat secara dinamis mengubah sudut bersama, yang membuat struktur elastomer dielektrik energi minimum yang berguna untuk struktur fabrikasi perangkat lunak, kata Zhao.
Fenomena osilasi yang baru ditemukan
Zhao percobaan, para peneliti dirangsang gerakan rotary joint menggunakan tegangan bolak-balik, gelombang persegi, yaitu tegangan dengan nilai yang tetap yang secara berkala diaktifkan dan dinonaktifkan, yang berbeda dari praktek ilmuwan sebelumnya yang biasanya menggunakan tegangan statis atau stabil untuk mempelajari gerakan sendi.
"Keuntungan dari tegangan bolak-balik adalah bahwa mereka bergeser diantara nilai-nilai yang berbeda, dengan demikian membantu kita melanjutkan memanipulasi sendi sudut yang melengkung." Kata Zhao.
Praktek baru juga dirangsang hasil baru. Setelah bereksperimen dengan berbagai parameter seperti nilai-nilai tegangan, frekuensi dan massa sendi dalam system bersama dielektrik elastomer, Zhao dan koleganya mengamati fenomena resonansi baru:ketika inersia rotasi sendi cukup besar atau tegangan yang cukup tinggi, sendi dapat menekuk naik dan turun seperti mengepakkan sayap, mencapai sudut membungkuk lebih dari 90 derajat atau apa yang para peneliti sebut sudut yang negatif.
"Ketika sendi membentuk sudut negatif, gerak akan menjadi lebih rumit, mengikuti aturan khusus resonansi yang berbeda dari yang normal, yang kita sebut nonlinear oscillation," katanya.
Di resonansi normal, sendi membungkuk mengikuti frekuensi tegangan, dan akan mencapai sudut membungkuk terbesar ketika frekuensi melekat bersama sama dengan frekuensi tegangan, jelas Zhao.
Sementara di osilasi nonlinier, sendi mencapai sudut membungkuk terbesar ketika memberikan tegangan frekuensi dekat tetapi lebih kecil dari dua kali dalam sendi frekuensi alami. Sementara itu, amplitudo bersama (lingkup membungkuk) ini juga lebih besar daripada di resonansi normal, menunjukkan kekuatan angkat yang lebih besar dalam resonansi khusus.
Fenomena dan prinsip yang baru ini, Zhao mencatat, dapat membuka pintu untuk banyak perangkat lunak yang novel, seperti robot yang lembut dan ringan untuk keadaan dengan ruang terbatas dan persyaratan berat atau mengepakkan sayap burung soft robot yang dapat menghasilkan tenaga angkat besar.
Juga, karena dielektrik elastomer fitur densitas energi yang tinggi (tujuh puluh kali lebih tinggi daripada konvensional aktuator elektromagnetik) dan efisiensi konversi energi tinggi (60-90 persen), mereka bisa menjadi kandidat yang baik untuk membuat perangkat hemat energi, kata Zhao.
Para peneliti langkah berikutnya adalah untuk meningkatkan fungsi dielektrikelastomer rotary joint dan memperbaiki teknik fabrikasi untuk membuat nyata kepakkan sayap.
No comments:
Post a Comment