L’équipe développe un mécanisme pour contrôler l’actionnement, le refroidissement et la conversion d’énergie pour la robotique douce

Un côté plus cool de la robotique douce

Un transducteur combinant des élastomères à cristaux liquides avec un dispositif thermoélectrique offre des avantages tels que le refroidissement actif et la récupération d’énergie régénérative pour la robotique douce. Crédit : Soft Machines Lab, Université Carnegie Mellon

Les polymères à mémoire de forme connus sous le nom d’élastomères à cristaux liquides (LCE) sont de plus en plus populaires pour des utilisations dans la robotique douce, l’haptique et l’informatique portable. Fonctionnant comme des actionneurs, ils peuvent permettre aux matériaux de se contracter, de se dilater, de changer de forme et de fonctionner comme le font les muscles biologiques.

Parce que l’action est contrôlée par le chauffage et le refroidissement passif, les efforts pour accélérer ces processus et augmenter l’efficacité énergétique sont essentiels pour faire avancer le travail.

Une équipe multidisciplinaire de chercheurs du Département de génie mécanique de l’Université Carnegie Mellon, de l’Institut d’interaction homme-machine et de l’Institut de robotique a cherché à relever ce défi en combinant les LCE avec un dispositif thermoélectrique (TED).

Les collaborateurs ont développé un mécanisme souple et flexible capable d’actionnement contrôlé électriquement, de refroidissement actif et de conversion d’énergie thermique en énergie électrique. Ils ont également introduit un nouveau procédé de fabrication de dispositifs thermoélectriques extensibles et pliables utilisant l’impression 3D. Les résultats ont été publiés dans la revue Matériaux avancés.

Le mécanisme LCE-TED fonctionne comme un transducteur, un appareil électrique qui convertit une forme d’énergie en une autre. Une fine couche de TED contient des semi-conducteurs intégrés dans une matrice élastomère imprimée en 3D. Il est câblé avec des connexions eutectiques en métal liquide gallium-indium (EGaIn).

Les TED fonctionnent avec une double fonctionnalité en tant que réchauffeurs et refroidisseurs dans un mode et récupérateurs d’énergie dans l’autre. Étant donné que la couche est recouverte de LCE des deux côtés, le TED peut alternativement chauffer et refroidir les couches LCE. De plus, il peut récupérer l’énergie des changements de température.

“La capacité de récupérer l’énergie de la chaleur résiduelle et des gradients thermiques pourrait contribuer à améliorer l’efficacité énergétique et la longévité de l’appareil électronique hôte ou du système robotique”, a déclaré Carmel Majidi, professeur de génie mécanique qui dirige le Soft Machines Lab.

Des démonstrations de robotique douce ont révélé les avantages des transducteurs LCE-TED pour une utilisation dans des applications pratiques : suivi rapide et précis grâce au refroidissement actif ; manœuvre autonome et “intelligente” d’un déambulateur à deux membres vers une source de chaleur ; et la récupération d’énergie régénérative.

“Cela démontre le potentiel de création de systèmes robotiques souples capables de récolter une partie de l’énergie électrique dont ils ont besoin à partir de l’énergie de l’environnement qui les entoure”, a déclaré Mason Zadan, titulaire d’un doctorat. étudiant et auteur principal de l’étude.

Des recherches supplémentaires chercheront à intégrer les transducteurs dans les membres des robots mous pour réaliser plus pleinement le potentiel de LCE-TED. Un autre aspect du travail visera à développer davantage les capacités de récupération d’énergie et de contrôle à l’aide de plates-formes robotiques douces non attachées.


La technique accélère l’actionnement thermique pour la robotique douce


Plus d’information:
Mason Zadan et al, Élastomère à cristaux liquides avec thermoélectriques souples intégrés pour l’activation de la mémoire de forme et la récupération d’énergie, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002 / adma.202200857

Fourni par Carnegie Mellon University Mechanical Engineering

Citation: L’équipe développe un mécanisme pour contrôler l’actionnement, le refroidissement et la conversion d’énergie pour la robotique douce (2022, 26 mai) récupéré le 26 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-team-mechanism-actuation-cooling-energy. html

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