Инженеры создали актуатор из попкорна

Американские инженеры предложили использовать расширение зерен кукурузы в качестве движущей силы для роботов, сообщает IEEE Spectrum. Они создали несколько работающих прототипов, в которых нагреваемые зерна расширяются и заставляют актуатор изгибаться. Один из актуаторов, содержащий 36 зерен, смог поднять груз массой 100 граммов, рассказывают авторы в статье, представленной на конференции ICRA 2018.

Поскольку использовать в конструкции робота электромоторы не всегда удобно, инженеры и ученые также занимаются разработкой искусственных мышц. Они сокращаются или расширяются под действием электрического тока, давления и даже солнечного света. Несмотря на то, что их зачастую нецелесообразно использовать на практике напрямую, они могут быть использованы другими исследователями для разработки более совершенных актуаторов.

Группа исследователей из Корнелльского университета под руководством Кирстин Петерсен (Kirstin Petersen) предложила использовать в качестве основы актуаторов доступный материал — попкорн. Во время нагревания вода в зернах кукурузы превращается в пар, а крахмал размягчается, но прочная оболочка зерна сдерживает внутреннее давление. При примерно двухстах градусах Цельсия давление внутри зерна становится критическим, оболочка разрывается и пар вместе с крахмалом резко расширяются, после чего крахмал снова быстро остывает и формирует объемную матрицу гораздо большего объема, чем изначальное зерно.

Инженеры изучили три типа зерен кукурузы и выбрали из них один с самым большим коэффициентом расширения — 9,7 ± 4,8. Кроме того, авторы изучили четыре способа нагревания и их влияние на характеристики расширения: нагревание горячим воздухом или маслом, микроволнами и металлической проволокой. На основе трех этих способов инженеры сделали работающие прототипы актуаторов.

Два из них используют в качестве нагревателя кукурузы металлическую проволоку, обмотанную вокруг зерен. При нагревании зерна расширяются и заставляют всю конструкцию расширяться и изгибаться. Один из таких актуаторов показал довольно высокие характеристики и смог поднять груз массой 36 граммов. Кроме того, разработчики создали складную оригами-конструкцию из бумаги, между складками которой располагаются зерна. При нагревании в микроволновой печи они также взрываются и значительно увеличивают объем конструкции. Наконец, инженеры создали механический захват, между двумя верхними панелями которого насыпана кукуруза. При нагревании промышленным феном она расширяется, а верхняя пластина тянет за тросы, заставляющие захват сжиматься:

Ранее исследователи уже применяли необычные материалы при создании актуаторов. Например, тайваньские разработчики использовали для этого эпидермис лука, а инженеры из MIT превратили в актуатор рыболовную леску.

Григорий Копиев

ORIG: https://nplus1.ru/news/2018/07/06/popcorn