Създадоха първия в света дървен хващач за роботи

30.06.2023   |   Начало»Технологии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Екип от инженери и изследователи от Националния университет на Сингапур (NUS) е разработил първия в света хващач за роботи, направен от дърво. Използваният за целта материал е чувствителен на влага, топлина и светлина, което позволява хващачът да бъде задействан от промени в тези параметри на средата.

Устройството може спонтанно да се изпъва и огъва в отговор на стимулация, предизвикана от повишаване или понижаване на влажността, температурата или осветеността. То се отличава с добри механични свойства, които правят възможна комплексната му деформация и използването му при широк диапазон от работни температури.

Предимства и потенциални приложения

Сред предимствата на иновативната разработка са възможностите за серийното й производство с изключително ниски производствени разходи, нейната биосъвместимост, както и пестящата енергия технология.

Повечето хващачи за роботи в наши дни се изработват или от метали, които са скъпи и неподатливи на адаптивно деформиране, или от меки пластмаси, които могат деликатно да захващат чупливи и обекти, но се топят при високи температури.

В проекта учените от NUS създават и тестват дървен хващач, който може да бъде използван в изключително горещи среди и същевременно да борави с обектите внимателно и прецизно, без риск да ги повреди. Това позволява широк кръг от приложения на технологията в съвременната индустрия.

"Дървото има отлични механични свойства и възможности за естествена деформация, като в допълнение е относително евтино и налично в големи количества в природата. С последната си разработката доказахме, че един дървен хващач за роботи би могъл да преодолее ограниченията на традиционните манипулатори и задвижващи механизми", обяснява ръководителят на екипа от департамента по материалознание към колежа по дизайн и инженерни науки в структурата на NUS Тан Суий Чинг.

Повече за принципа на работа и дизайна

• Иновативният хващач се отваря спонтанно, когато е изложен на висока влажност (над 95% RH) и се затваря плътно, когато температурата на околната му среда се повиши над 70°C или когато бива изложен на директна слънчева светлина.

• Устройството е изработено от парчета канадско кленово дърво с дебелина 0,5 мм. Дървените фрагменти се обработват първо с натриев хлорид, което премахва от тях лигнина – компонент на клетъчните стени на растенията. Едрите пори на дървесината се запълват с полимер, наречен полипирол, който позволява на материала по-лесно да абсорбира топлина и светлина.

• Поглъщането на влага от устройството се подобрява чрез специално разработен за целта от екипа хигроскопичен гел на никелова основа. На срещуположната страна на дървената пластина се нанася хидрофобен слой, което й позволява промяна на формата й при поглъщане на водни изпарения.

• Обработените пластини се формоват като хващачи чрез специална матрица и нагряване до 70°C. Максималното им разгъване се случва при 200°C, а при температури под 70 градуса лентата започва да се огъва навътре.

Изобретението успешно е издържало множество тестове

Устройството е тествано и при различни нива на осветяване на страната с хидрофобен филм. Когато излагането на светлина повиши температурата на повърхността на пластината над 42°C, влагоабсорбиращият гел започва да губи водното си съдържание, което я принуждава да се огъне навътре преди да достигне желаната от инженерите огъната форма при 57°C.

След 100 цикъла на задействане и отпускане по време на тестовете дървеният хващач остава в безупречно състояние, което доказва високата му здравина и устойчивост, необходими за дългосрочната му употреба.

За да проверят приложението на устройството в различни практически сценарии в индустрията, инженерите го интегрират в прототип на система за захващане на обекти при високи температури. По време на експеримента хващачът успява безпроблемно да повдигне предмет с тегло 200 г при температура на работната среда от цели 170°C. Това е невъзможно за стандартните актуатори, изработени от меки полимери, отбелязват създателите на изобретението.

Потенциалът

Понастоящем сингапурският екип се фокусира върху оптимизирането на ефективността на устройството, например съкращаване на времето за огъване и затваряне и повишаване на товароносимостта. В зависимост от дизайна един такъв дървен захващащ модул би могъл да повдигне успешно товари, които са до 10 хиляди пъти по-тежки от самия него.

Инженерите разширяват и кръга от тестове с обекти с разнообразни форми и размери, като търсят и допълнителни начини да понижат разходите за изработка и да създадат условия за масовото му производство.

Ключови думи: Дървен хващач   хващачи   роботи  

Област: Роботика