Американские инженеры изобрели актуатор из попкорна

06.07.2018 18:17

Исследователи решили использовать расширение кукурузных зерен, чтобы привести в движение роботов. Уже создано несколько функционирующих прототипов.

В пробных моделях зерна нагреваются, начинают расширяться и приводят актуатор в движение. Аткуатор, в котором содержалось только 36 зерен, оказался настолько мощным, что поднял груз весом в 100 граммов.

Американские инженеры изобрели актуатор из попкорна

Поскольку идея создания искусственных мышц кажется ученым более удобной, нежели электромоторы, инженеры активно работают над их усовершенствованием. Искусственные мышцы приходят в движение от электротока, давления и даже солнечного света – начинается сокращение или расширение. Пока целесообразность их использования ставится под сомнение, но другие исследователи могут взять их на вооружение, чтобы разработать более эффективные актуаторы. Американские исследователи из Корнелльского университета во главе с Кирстин Петерсен изобрели актуатор, работающий на основе одного из самых доступных материалов – попкорна.

При нагревании жидкость в кукурузных зернах расширяется, переходит в пар, а крахмал размягчается. Однако прочная внешняя оболочка выдерживает образовавшееся давление изнутри. Когда температура достигает 200 градусов Цельсия, давление достигает критической отметки и оболочка трескается. Пар и крахмал моментально расширяются, а потом крахмал снова остывает. После этого формируется более объемная матрица, чем изначальная матрица зерна.

Эксперты перебрали три типа кукурузных зерен и остановились на зернах с наибольшим коэффициентом расширения 9,7 ± 4,8. Также авторы исследования изучили четыре типа нагревания и их влияние на расширение. Ученые исследовали нагревание с помощью горячего воздуха, масла, микроволн и металлической проволоки. На основе этих способов эксперты создали работающие прототипы актуаторов.

Два из них работали посредством нагревателя из металлической проволоки. При нагревании зерна расширялись и заставляли раздвигаться обмотанную вокруг них проволоку. Это приводило в движение всю конструкцию – она расширялась и изгибалась. Одна из моделей сумела поднять груз массой в 36 граммов. Помимо этого, ученые соорудили складную модель оригами из бумаги. Зерна были помещены в складки конструкции. Еще одним видом стал механический захват. Кукуруза находилась между двумя верхними панелями. Ее подвергли нагреванию промышленным феном, под воздействием которого зерна расширились, верхняя пластина начала тянуть за трос, а это заставило сжаться захват.

Американцы не первые, кто использовал для актуаторов нетрадиционные материалы. Инженеры из Тайваня употребили для своих экспериментов эпидермис лука, а ученые из Массачусетского технологического института использовали с этой целью рыболовную леску.

Источник