Bộ truyền động đàn hồi lưu chất (FEA) là các ống hoặc màng chịu áp suất có thể dễ dàng sắp xếp lại thành các thiết bị cơ học phức tạp. Chúng đã thu hút được sự chú ý đáng kể vì bản chất nhẹ và linh hoạt, khiến chúng trở nên lý tưởng cho robot và các thiết bị y sinh.
Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Shibaura (SIT), Nhật Bản, đã chỉ ra rằng DES có thể nắm bắt được các phản ứng động nhanh, mang lại tiềm năng trong robot mềm và giám sát cấu trúc. Nguồn: Naoki Hosoya từ SIT, Nhật Bản, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.116616
Tuy nhiên, việc đo chính xác phản ứng động và sắp xếp lại của chúng là một thách thức vì các cảm biến truyền thống, chẳng hạn như máy đo gia tốc áp điện và cảm biến áp điện trở, không phù hợp với các bề mặt dạng tự do như mái vòm hoặc hình dạng phức tạp. Vỏ kim loại cứng của chúng hạn chế biến dạng lớn và ảnh hưởng đến hiệu suất của FEA.
Ngoài ra, việc đo chính xác các phản ứng động trong FEA đóng vai trò quan trọng trong thiết kế ô tô. Trong khi thiết kế những chiếc xe mới có hiệu suất và độ an toàn cao, việc đo độ rung và áp suất tĩnh trên lốp xe có áp suất với cấu trúc bơm hơi là điều không thể tránh khỏi. Những phép đo này không chỉ cho thấy hiệu suất của xe mà còn cho thấy sức khỏe của cấu trúc xe.
Được thúc đẩy bởi khoảng cách công nghệ này, một nhóm các nhà khoa học do Giáo sư Naoki Hosoya từ Viện Công nghệ Shibaura (SIT), Nhật Bản dẫn đầu đã khám phá các cảm biến elastomer điện môi (DES) để giải quyết thách thức này. Nhóm bao gồm ông Haruyuki Kurata từ SIT, Nhật Bản, Tiến sĩ Ardi Wiranata từ Đại học Gadjah Mada, Giáo sư Shingo Maeda từ Viện Khoa học Tokyo, Tiến sĩ David Garcia Cava từ Đại học Edinburgh và Tiến sĩ Francesco Giorgio-Serchi từ Đại học Edinburgh.
Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Measurement , đã khám phá cách DES có thể được sử dụng để đo áp suất và phản ứng rung động trên các cấu trúc chất lỏng mềm. Như Giáo sư Hosoya lưu ý, "Nghiên cứu của chúng tôi khám phá cách DES có thể được triển khai hiệu quả để ước tính trạng thái thời gian thực và kiểm soát các bộ truyền động chất lỏng mềm."
Để hiểu cách hoạt động của cảm biến này, nhóm các nhà khoa học đã chế tạo một DES loại điện dung sử dụng polydimethylsiloxane (PDMS) và ống nano carbon. Cảm biến này đã được thử nghiệm để đo phản ứng rung của hệ thống chất lỏng mềm dưới tác động của khí nén và có khả năng đo độ rung lên đến 100 Hz.
Thiết bị đo độ rung và áp suất tĩnh bằng cách ghi lại sự thay đổi về điện dung. Khi DES chịu tác động của lực bên ngoài, dẫn đến biến dạng, điện dung tăng lên. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng DES thể hiện phản ứng tuyến tính với biên độ rung, với độ nhạy tăng lên khi áp suất tĩnh giảm.
Giáo sư Hosoya giải thích, "Khối lượng và độ cứng của các cảm biến thông thường như máy đo gia tốc áp điện và cảm biến điện trở áp ảnh hưởng mạnh đến các đặc tính động của các cấu trúc bơm hơi bên dưới, có khả năng cản trở hoạt động danh nghĩa của bộ truyền động." Không giống như cảm biến điện trở áp điện, DES linh hoạt và có thể chịu được sự sắp xếp lại biến dạng lớn, khiến chúng trở nên lý tưởng để theo dõi FEA theo thời gian thực.
Những phát hiện này làm nổi bật tiềm năng của DES như một thiết bị cảm biến có giá trị cho robot mềm và theo dõi sức khỏe. Khả năng hoạt động của DES trong môi trường phức tạp, biến dạng cho phép nó thiết lập một tiêu chuẩn mới cho các ứng dụng trong robot, thiết bị y sinh và cơ sở hạ tầng quy mô lớn.
Giáo sư Hosoya cho biết, "DES cho phép ghi lại phản ứng động nhanh của các thiết bị hoặc cấu trúc có khả năng biến dạng cao, cho thấy vai trò tiềm năng trong điều khiển robot mềm và giám sát cấu trúc.
"Những kết quả này chỉ ra rằng DES nhẹ, có khả năng co giãn cao có thể được sử dụng thuận tiện như các đơn vị nhúng trong các mạng lưu chất phức tạp, hỗ trợ giám sát các loại bộ truyền động này, cuối cùng tạo điều kiện thuận lợi cho việc quan sát và kiểm soát mà không gây ra bất kỳ hạn chế nào đối với hoạt động của chúng."
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
