带有集成介电弹性体传感器的充气空间机器人

奥克兰生物工程研究所和德累斯顿工业大学的研究人员最近设计了一种用于空间导航的新型充气机器人。这些机器人在SPIE数字图书馆发表的论文中提出，是使用介电弹性体传感器(DETs)制造的，这些传感器基本上是由软橡胶材料制成的电容器。

“目前的太空技术受到其质量和体积的限制。即使一公斤进入轨道也要花费数千美元，”进行这项研究的研究人员之一约瑟夫阿什比告诉TechXplore。“我们的研究旨在用更轻的智能材料替代品和充气结构替代或增强现有技术。”

如果它们与充气结构集成在一起，DETs可以帮助开发软质和低质量的机器人，这些机器人具有高包装效率并且易于部署。实际上，由于电场产生的麦克斯韦应力，DETs在施加电压时会变形。

与传统电动机不同，这些电容器使研究人员能够产生各种运动和力，而无需复杂，重型的传动机构。通过监测它们被拉伸时的电容变化，DET也可以用作应变传感器。这意味着它们还具有自我感知优势，而无需外部监测系统。

“由于它们完全由柔软材料制成，DET结构可以与气球类似地充气，”Ashby解释说。“这意味着它们可以在部署时形成大型结构，但可以预先打包到小空间，这使得它们成为太空应用的理想选择，其中发射能力受到限制。”

在他们的研究中，Ashby和他的同事们研究了三种实验设计的动作。在第一个设计中，机器人的圆顶驱动器由一块带有分段电极的硅橡胶制成。

第二种设计是类似的，但随着穹顶致动器的伸长，以便通过分段的相位致动产生运动。最后，第三种是滚动圆柱形设计，其接缝几何形状，电极位置和成分各不相同，这使研究人员能够实现多种共振和非共振运动。

“大规模地，通过允许从低质量，低容量的运载火箭部署能够移动和/或自我结构健康监测的大型结构，我们将能够扩展我们的太空探索能力，”Ashby说。“在较窄的焦点上，给予较小的卫星(越来越受欢迎)，部署和控制天线或阵列的机会将会大大改善其通信和电力设施。”

Ashby和他的同事使用市售的FEM软件对他们的每个设计进行了建模，然后在模拟中对它们进行了充气和驱动测试。尽管他们的实验取得了可喜的成果，但机器人仍处于发展的早期阶段。

由于他们的技术成为当前空间执行器的可行替代方案，研究人员仍然需要克服许多关键挑战。例如，由于许多复杂的环境条件，迄今为止证明在空间中DET的操作是不切实际的。

“我们现在计划继续开发我们现有的原型，同时也为各种不同的应用探索其他可能的设计，”Ashby说。“我们还在努力开发屏蔽方法，以保护我们的机器人免受恶劣空间环境的影响。”