新型軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器經(jīng)受-40°C至120°C溫度考驗(yàn)，證明太空適用性

高空測(cè)試表明，一種新型耐受力強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)器可使軟體機(jī)器人在類似太空的環(huán)境及極端溫度下運(yùn)行。

研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型高彈性驅(qū)動(dòng)器，有望讓軟體機(jī)器人在平流層和外太空等極端環(huán)境中工作。傳統(tǒng)軟體機(jī)器人組件在這些環(huán)境中常因嚴(yán)酷的壓力和溫度條件而失效。

該驅(qū)動(dòng)器基于一種經(jīng)過(guò)特殊處理的硅彈性體，旨在極端環(huán)境下保持性能的同時(shí)，仍維持柔性。

軟體機(jī)器人因其輕量化、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，以及與精密設(shè)備或不可預(yù)測(cè)環(huán)境交互時(shí)更為安全，正越來(lái)越多地被探索用于航空航天和高空應(yīng)用。然而，許多軟體機(jī)器人組件在暴露于極端溫度、低壓和強(qiáng)電應(yīng)力時(shí)會(huì)退化，這限制了它們?cè)谑芸貙?shí)驗(yàn)室環(huán)境之外的使用。

更具耐受性的硅彈性體

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這種驅(qū)動(dòng)器屬于介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（DEA），它能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這類驅(qū)動(dòng)器因其柔韌性和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)而廣泛用于軟體機(jī)器人，但在極端環(huán)境下的可靠性一直是個(gè)重大挑戰(zhàn)。

為解決此問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)硅彈性體的新型化學(xué)交聯(lián)方法。交聯(lián)通過(guò)將分子鏈連接在一起從而增強(qiáng)材料強(qiáng)度，提高其在應(yīng)力下的耐用性和穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)利用紫外光以及鉑基催化劑，在硅材料內(nèi)形成了更強(qiáng)的碳-碳鍵。這一過(guò)程產(chǎn)生的彈性體能夠在極端溫度范圍和低壓環(huán)境下保持性能。

研究人員在研究中解釋道："介電彈性體驅(qū)動(dòng)器在極端環(huán)境下前景廣闊，但材料退化限制了其可靠性。"這種新型交聯(lián)方法正是為了提升嚴(yán)酷條件下的耐用性和穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)的。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，該材料在大約 -40°F（-40°C）至 248°F（120°C）的溫度范圍內(nèi)，以及在接近真空的條件下（類似于高層大氣或太空環(huán)境），仍能保持功能。

在平流層完成測(cè)試

為了驗(yàn)證實(shí)際性能，研究人員將驅(qū)動(dòng)器集成到軟體機(jī)器人夾爪中，并在高空氣球任務(wù)中進(jìn)行了測(cè)試。這些系統(tǒng)在超過(guò) 14 英里（23 公里）高度的平流層中成功運(yùn)行，該處壓力極低，溫度可顯著下降。

成功的測(cè)試表明，采用這種新型硅材料制造的介電彈性體驅(qū)動(dòng)器能夠在類似太空的條件下可靠運(yùn)行，為航空航天機(jī)器人領(lǐng)域的新應(yīng)用打開(kāi)了大門。

研究人員表示，這種材料設(shè)計(jì)有望使軟體機(jī)器人系統(tǒng)能夠在傳統(tǒng)軟體驅(qū)動(dòng)器會(huì)失效的環(huán)境中運(yùn)行，包括高空研究平臺(tái)和太空探索系統(tǒng)。

驅(qū)動(dòng)器是機(jī)器人系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)械動(dòng)作。提高驅(qū)動(dòng)器的耐用性可使軟體機(jī)器人用于那些剛性機(jī)器人難以部署或安全操作的環(huán)境。

研究人員相信，他們的交聯(lián)方法也可應(yīng)用于其他硅彈性體，以提高其耐用性、附著力以及與增材制造工藝的兼容性。

該研究表明，改進(jìn)材料在將軟體機(jī)器人的應(yīng)用范圍從實(shí)驗(yàn)室環(huán)境拓展到平流層和外太空等極端環(huán)境中，可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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