Onderzoekers van het Auckland Bioengineering Institute en de Technische Universität Dresden hebben onlangs een nieuw type opblaasbare robot ontworpen voor ruimtenavigatie. Deze robots, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in SPIE Digital Library, zijn gemaakt met behulp van diëlektrische elastomeertransducers (DET's), die in wezen elektrische condensatoren zijn gemaakt van zachte rubberachtige materialen.

"De huidige ruimtetechnologie wordt beperkt door zijn massa en volume. Het kost duizenden dollars om zelfs maar een enkele kilogram in een baan om de aarde te brengen, "Jozef Ashby, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Ons onderzoek heeft tot doel de huidige technologie te vervangen of uit te breiden met lichtere vervangingen van slimme materialen in combinatie met opblaasbare structuren."

Als ze zijn geïntegreerd met opblaasbare structuren, DET's kunnen helpen bij de ontwikkeling van zachte robots en robots met een lage massa, die een hoge verpakkingsefficiëntie hebben en gemakkelijk in te zetten zijn. In feite, DET's vervormen wanneer er spanning op wordt gezet, vanwege de Maxwell-spanning die wordt gegenereerd door het elektrische veld.

In tegenstelling tot traditionele elektromotoren, met deze condensatoren kunnen onderzoekers een breed scala aan bewegingen en krachten produceren zonder complexe, zware versnellingsmechanismen. DET's kunnen ook worden gebruikt als spanningssensoren door hun veranderingen in capaciteit te bewaken terwijl ze worden uitgerekt. Dit betekent dat ze ook een zelf-sensorisch voordeel hebben zonder dat externe monitoringsystemen nodig zijn.

"Omdat ze volledig van zachte materialen zijn gemaakt, DET-structuren kunnen op dezelfde manier worden opgeblazen als een ballon, " legde Ashby uit. "Dit betekent dat ze grote structuren kunnen vormen wanneer ze worden ingezet, maar kan vooraf in kleine ruimtes worden verpakt, waardoor ze ideale kandidaten zijn voor ruimtetoepassingen, waar de lanceringsmogelijkheden beperkt zijn in het volume."

In hun studie hebben Ashby en zijn collega's onderzochten de bewegingen die werden bereikt door het activeren van drie experimentele ontwerpen. In de eerste van deze ontwerpen, de dome-actuator van de robot is gemaakt van een vel siliconenrubber met gesegmenteerde elektroden.

Het tweede ontwerp is vergelijkbaar, maar met een verlenging van de koepelactuator om voortbewegingsbeweging te produceren door gefaseerde activering van segmenten. Eindelijk, de derde is een opgerold cilindrisch ontwerp met variaties in de naadgeometrie, elektrodepositie en samenstelling, waardoor de onderzoekers meerdere resonerende en niet-resonante bewegingen konden bereiken.

"Op grote schaal, door de inzet van grote structuren die in staat zijn tot beweging en/of zelfstructurele gezondheidsmonitoring van lage massa toe te staan, draagraketten met een laag volume, zouden we onze mogelijkheden voor ruimteverkenning kunnen uitbreiden, " zei Ashby. "Op een smallere focus, kleinere satellieten (van toenemende populariteit) de kans geven om antennes of arrays in te zetten en te besturen die anders te groot zouden zijn voor hun grootte, zou hen enorm verbeterde communicatie- en stroomvoorzieningen opleveren."

Ashby en zijn collega's hebben elk van hun ontwerpen gemodelleerd met in de handel verkrijgbare FEM-software en deze vervolgens getest in simulaties terwijl ze werden opgeblazen en geactiveerd. Hoewel hun experimenten veelbelovende resultaten opleverden, de robots bevinden zich nog in een zeer vroeg ontwikkelingsstadium.

Om hun technologie een haalbaar alternatief te laten worden voor de huidige ruimte-actuatoren, de onderzoekers moeten nog een aantal belangrijke uitdagingen overwinnen. Bijvoorbeeld, de werking van DET's in de ruimte is tot nu toe onpraktisch gebleken vanwege een aantal complexe omgevingsomstandigheden.

"We zijn nu van plan om onze bestaande prototypes verder te ontwikkelen, maar verken ook andere mogelijke ontwerpen voor een verscheidenheid aan verschillende toepassingen, "Zei Ashby. "We werken ook aan de ontwikkeling van afschermingsmethoden om onze robots te beschermen tegen de ruwe ruimteomgeving."

© 2019 Wetenschap X Netwerk