Yeniden yapılandırılabilir robotlar, makine tasarımının sınırlarını zorlar, robotların fiziksel yapısını ve işlevselliğini talep etmelerine olanak sağlar. Geleneksel hidroksit robotlarının aksine, sabit olmayan sistemlerden oluşan bu alaşımlar, galyum gibi düşük seviyeli metaller oluşturabilir veya hatta daha küçük pasajlar ile akışlar, yumuşak binalar için temel elektriksel özellikleri birleştiren bir sınıf olarak ortaya çıkabilirler.

Sıvı Metal Kaplamaları Anlamak

Sıvı metal alaşımları, sıvı bir durumda veya yakın oda sıcaklığında kalma yeteneği ile tanımlanır.En yaygın aile, galyum bazlı alaşımlar, örneğin eutectic galium-instan (EGaIn) ve galinstan (a galium-indium-indium-indium-inyum-incil) olarak tanımlanır, onları sıvı bir şekilde 29.76°C (85.57°F), ancak indium ve tin ile alaşımlanmış, -19°C (-2.2°F) olarak azaltılabilir.

Yeniden yapılandırılabilir robotik için onları çekici kılan temel fiziksel özellikler şunlardır:

  • [FONT:0) Yüksek Elektriksel Davranış: [Dönetici: [Dön Metaller 10.6 S/m, sağlam metallerle karşılaştırılabilir, sabit tellere ve devre bağlantılarına hizmet etmelerini sağlar.
  • [Düzücükler:0) Düşük Viskozite:[Döneticiler su, bu alaşımlar pompalanabilir, enjekte edilebilir ve minimum güçle şekillendirilebilir, hızlı yeniden yapılandırma sağlar.
  • [FONT:0)Extreme Deformability:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yumuşak robotik yapıların uyumunu mükemmel bir şekilde eşleştiremezler.
  • [FONT:0) Yüksek Yüzey Gerçeği:[Dönetici: 0,4] Gallium bazlı alaşımlar, küçük ölçeklerde şeklini stabilize eden ince oksit deri oluştururlar, bu da kasıtlı olarak kırılan yapıların yaratılmasına yarar sağlayabilir.
  • [FONT:0)Kendi-İlginç:[Dönetici:[Dönetici: 0)) rupture, oksit cilt reformları neredeyse anında ve geçici temel yeniden bağlantılar, milisaniyeler içinde elektrik işlevselliğini geri yükleme.

Bu özellikler sadece geleneksel malzemeler üzerinde artış değildir; temel olarak yeni bir tasarım alanı temsil eder. Örneğin, tek bir sıvı metal tel iletkenliği korumak için birçok kez orijinal uzunluğuna kadar uzanabilir, sağlam bir iletken olmadan elde edemez. Bu yetenek, bileşenlerin bozulmadan tekrarlanan şekil değişikliklerine yol açan yeniliklerdir.

Yeniden yapılandırılabilir Robotik

Yeniden yapılandırılabilir robotlar, modüler swarms'tan vücutlarını morfiğe uygun olan geniş bir sistem spektrumunu içerirler.Onlar bile temizlenebilir iletkenler ,).

Esnek iletkenler ve genişletilmiş devreler

Konvansiyonel katı elektronikler yeniden yapılandırılabilir robotlar için bir şişenck, çünkü büyük baskı altında başarısız olurlar. elastomerik substratlarda gömülü olan sıvı metal kanallar bir çözüm sunabilir.Bu kanallar, sabit devreler için yeterince fazla bağlantı kurabilen, antenler ve güç aktarma hatlarıyla sınırlı. Örneğin, robotların elektriksel olarak yeniden yapılandırılması gereken metalleri genişleterek devre dışı bırakmak için gerekli olan ısıtılabilir.

Türler ve Şekil-Morphing Structures

Yeniden yapılandırılabilir robotlardaki değerlendirme genellikle hacim veya sertlikte değişikliklere dayanır. Sıvı metaller elektrostatik veya hidrolik hareketleyicilerde kullanılabilir. Bir yaklaşım sıvı metal damlacıkları değişken kapasitörler olarak kullanır: bir gerilim değişiklikleri uygulayın, damlalet şekli ve iletişim açısı, yeniden yapılandırılabilir veya yumuşak yapılara uygun hale getirmek için başka bir yönteme veya betonarmeler için eklenebilir.

Kendini kınayan ve Yanlış

Sıvı metal alaşımlarının en çekici avantajlarından biri, yapılandırılmamış veya tehlikeli bir ortamda - bir uzay istasyonu veya insan vücudunda - bağımsız olarak hasar görmüş devrelerin veya sıvı yolların değerli olduğunu. Bu kendini yeniden yapılandırma yeteneği, önemli ölçüde artan bir sistem için genişletilebilir bir robottur - çünkü sıvı metaller de sıvı metaller de sıvı metaller de sıvı bir şekilde hasar verir - bu şekilde hasar verir.

Geleneksel Malzeme Üzerindeki Avantajları

Sıvı metal alaşımlarının etkisini takdir etmek için, şu anda yeniden yapılandırılabilir robotikte kullanılan malzemelerle karşılaştırmak yardımcı olur: katı metaller, iletken polimerler ve iyonik sıvılar.

  • [FONT:0]Rigid Metals:[Dönetici: [Dönetici: 0,3) Bakır ve alüminyum mükemmel iletkenlik sağlar, ancak aynı iletkenliği sağlamak için karmaşık menler veya kayaç kontakları gerektirir.
  • [FONT:0)Kondüktif Polimerler: [Dönetici: CUMHAL veya PEDOT gibi malzemeler:PSS çok daha düşük sayıda boyuta sahiptir. Güç yoğun uygulamalar için (örneğin, motorlar veya veri iletme)
  • Ionic Liquids: Salt çözümleri veya sıvı elektrolitler bazı yumuşak sensörlerde ve eylemcilerde kullanılır, ancak zayıf elektrik iletkenliği (tipik olarak <1 S /m) vardır ve mekanik uyum ve elektrik performansı arasındaki boşluk taşıyamaz.

Ek olarak, sıvı metaller geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir. Katı iletkenlerden farklı olarak, sıvı metali yeniden parçalanabilir ve yeniden yapılandırılabilir. Bu özellik, çevresel izleme veya tıbbi müdahalelerde kullanılanlar gibi sürdürülebilir üretime destek vermektedir.

Meydanlar ve Mühendislik Çözümleri

Onların sözlerine rağmen, sıvı metal alaşımları pratik, büyük ölçekli dağıtım için yeniden yapılandırılabilir robotikte üstesinden gelmek için birkaç mühendislik engeli sunuyor.

Oxidation ve Contamination

Gallium tabanlı alaşımlar, havaya maruz kalma konusunda yerli bir oksit tabakası oluşturur.Bu tabaka yardımı stabilizasyona yol açarken, aynı zamanda elektrik kontakt direncini arttırır ve metalin yüzeylere yapışmasını engelleyebilir. Araştırmacıların birkaç mitigation stratejileri geliştirdi: encaplar sıvıyı dışlayıcı atmosferler (örneğin, argon), oksitin çözülmesine veya “sağlık” ile ilgili temel çözümleri kullanarak, elektrokimyasal kontrolde son gelişmelerin önlenmesine yardımcı olur.

Hareketin Ön Kontrolü

Bir robotun içindeki sıvı metalin doğru pompalanması veya elektrowetting edilmesi gerekir. Çoğu gösteri, 100 V'nin altındaki gerilimler veya peristalji pompalar kullanıyor, ancak bu birçok bağımsız kanala ölçeklendirilebilir ve sıvı metal kullanılarak sıkıştırılabilir yaklaşımlar kullanılarak, dielektrikli güçlere (örneğin, elektrotiğe geçiş) etkili bir şekilde metali bir şekilde çevirebilir.

Leakage ve Salın

Sıvı metaller, özellikle baskılı bir matrisin içinde metalin sızdırılabilir. Güvenilir, sağlam enkapsülasyon gerektirir - silikon elastomer, parylene kaplama veya lazer değerli polimer filmlerini kullanarak. sürekli elastomerik matrixte metalin gömülüleştirilmesi önemli ölçüde sızıntı riskini azaltır.

Scalability and Fabrication

Sıvı metal devreleri (örneğin, mikrofluidic enjeksiyon, lazer desenleme veya doğrudan yazma) için mevcut teknikler laboratuvar destekli ve hızlı bir şekilde dondurulabilir robotlar için 3D baskı, ekran baskı veya rulo açma işlemi gibi yapılandırılabilir.

Mevcut Araştırma ve Dağcılık

Dünya çapında birkaç araştırma grubu, sıvı metallerin yeniden yapılandırılabilirliklerini güçlendiriyor, ancak sürekli olarak sağlam bir şekilde kontrol altına alınabiliyorlar.[Dönetici robotu) Bir başka deyişle, yüksek çözünürlükte kullanılan bir robotun (TU/e) tekrar yapılandırılabilir bir anten modüllerinde, sağlam metal elemanlarının uzunluğuna göre değişen bir şekilde yeniden yapılandırılabilir.

Kendi kendine özgü elektronikler alanında, Illinois Üniversitesi ile Michigan Üniversitesi arasında bir işbirliği, , dinamik robotik sistemler için sıvı metallerin% 95'ini geri yüklemeden sonra orijinal iletkenliğinin% 100'ünü restore etti.

Future Outlook ve Potansiyel Uygulamaları

Teknik zorluklar ele alındığında, sıvı metal alaşımları mevcut platformlardan çok daha yetenekli olan yeniden yapılandırılabilir robotlar sağlayacaktır. Birkaç uygulama domaini öne çıkıyor.

Tıbbi Robotik

Vücudun içindeki sertliklerini veya şeklini değiştirebilecek Catheters ve endoskoplar, prosedürler sırasında dramatik bir şekilde travmayı azaltacaktır.A sıvı metal bazlı yönlendirmeli iğne, öngörülemeyen yollara uygun olarak yumuşak dokular yoluyla yönlendirilebilir. Ayrıca, ilaç-delivery tankları veya sensörlere yeniden yapılandıran dayanılmaz robotlar ufuktadır.

Uzay Keşifleri

Ekstrakterrester ortamlara gönderilen robotlar aşırı sıcaklık hızlarına, radyasyona ve şoka dayanmalıdır. Sıvı metaller geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde çalışır (galinstan, -19°C'den 1300 °C'ye kadar uygun baskı altında) onları kompakt başlangıç konfigürasyonlarına katlanmak ve sonra inişten sonra genişlemek için ideal hale getirir.

Industrial Otomasyon

Geleceğin Faktörleri, görevlerin hızla değiştirebileceği yeniden yapılandırılabilir robotlar istihdam edecektir -örneğin, montaj, resim ve denetim - fiziksel formlarını değiştirerek. Sıvı metal hareketleri ve değişken-stiffness eklemleri, kırılgan eşyaları ve sertleri kaldırmak için yumuşak olmasına izin verir.Bursaçlama, üretim hattında ihtiyaç duyulan özel robotların sayısını büyük ölçüde azaltabilir.

Yumuşak Giyilebilir Robotik

Exoskeletonlar ve prosthetic uzuvlar genellikle insan vücudu ile samimi temas gerektirir. Sıvı metal sensörleri ve hareketleyiciler, kumaş veya silikonda gömülü, elektrik performansını korurken gerekli uyum sağlayabilir. Örneğin, yardım seviyesini bir yırtıcıdan sonra ayarlama, hizmet hayatına önemli ölçüde uzatılabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıvı metal alaşımlarının yeniden yapılandırılabilir robotik olarak entegrasyonu, sadece artan bir gelişme değil, makinelerin nasıl tasarlandığını ve inşa edildiğinin temel bir değişimidir.Aynı anda sağlam ve sıvı olan malzemeler kullanarak, mühendisler çevreye adapte olan robotları yaratabilir ve uçan laboratuvarları kontrol etmek için kendi iç mimarisini yeniden yapılandırabilir, oxidasyon ve üretim kalır, malzemelerdeki hızlı ilerlemeler sürekli olarak bu engellerin üstesinden gelir. Araştırma devam eder.