Kraftvoller Antrieb für künstliche Muskeln läuft mit herkömmlichem Akku

Ingenieure des Tokyo Institute of Technology haben die von einem Aktuator für künstliche Muskeln erzeugte Kraft erhöht.

Verwendung ferroelektrischer Materialien,die eine spontane Polarisation aufweisen. Bei gleichem Spannungsniveau erzeugt das Gerät Kräfte auf die Elektroden, die 1.200-mal höher sind als bei herkömmlichen paraelektrischen Materialien.

Als ferroelektrisches MaterialDie Forscher verwendeten Flüssigkristalle in einer speziellen nematischen Phase. Dies ist eine Phase, in der die Längsachsen der Moleküle nicht in Schichten, sondern in parallelen Linien angeordnet sind. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Material bei Raumtemperatur als Flüssigkeit fließen kann und dabei eine stäbchenförmige Molekülstruktur aufweist, die der von festen Kristallen ähnelt. 

3D-Drucktechnologie für einen ferroelektrischen Antrieb. Bild: Suzushi Nishimura et al., Advanced Physics Research

Aufgrund dieser Eigenschaften sind diese Materialienhöhere Polarisierung. Bei Tests wurde festgestellt, dass der ferroelektrische Flüssigkristall Kräfte auf die Elektroden erzeugt, die 1.200-mal größer sind als herkömmliche paraelektrische Materialien wie Isolieröle.

Verwendung von ferroelektrischen Flüssigkristallenund einer 3D-gedruckten Doppelhelix-Elektrode haben Forscher einen elektrostatischen Aktuator entwickelt, der mit niedriger Spannung arbeitet und sich wie Muskeln zusammenziehen und ausdehnen kann.

19 % Antriebsreduzierung bei einer Spannung von 200 V. Bild: Tokyo Institute of Technology

Verwendung eines ferroelektrischen Mediumserzeugten Kräfte, die ausreichten, um eine Kontraktion von 6,3 mm (19 % der Länge) zu erreichen, wenn 200 V angelegt wurden. Es wurde auch beobachtet, dass sich das Gerät bei 18 V leicht bewegte, was darauf hindeutet, dass es sogar mit einer einfachen Batterie betrieben werden könnte, stellen die Forscher fest . . .

Elektrostatische Aktuatoren sind einfach und leichtGeräte, die menschliche Muskeln nachahmen. Ihr Einsatz beschränkt sich bisher meist auf das Bewegen kleiner Gewichte, da sie Hochspannung benötigen, um erhebliche Kräfte zu erzeugen, erklären die Wissenschaftler. Um Kräfte zu erzeugen, die ausreichen, um menschliche Bewegungen und Aktivitäten zu unterstützen, benötigen herkömmliche Geräte Spannung, die für den Körper gefährlich sein kann.

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