ИСКУССТВЕННЫE МУСКУЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ ПОЛИМЕРОВ Яблоков Михаил Юрьевич СОДЕРЖАНИЕ • • • • • • • • • Что такое «искусственные мускулы» Электроактивные полимеры (ЭАП) Электронные ЭАП Ионные ЭАП ESNAM - European Scientific Network for Artificial Muscles Области использования ЭАП Примеры применения «Искусственная кожа» (Е-кожа). Тактильные сенсоры. Перспективы развития СОСТЯЗАНИЯ ПО АРМРЕСТЛИНГУ: ЧЕЛОВЕК-РОБОТ 2005 SPIE (International society for optics, photonics, and imaging engineering) International EAPAD (EAP Actuators & Devices) Conference, San Diego, CA Environmental Robots Incorporated (ERI), New Mexico; Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research, EMPA, Dubendorf, Switzerland; Engineering Science and Mechanics Dept., Virginia Tech. Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles - Reality, Potential and Challenges, Y. Bar-Cohen (editor), SPIE Press, 2004. ДИНАМИКА ПУБЛИКАЦИЙ Web of Science data 150 "electroactive polymer*" "tactile sensor*" "artificial muscle*" Number of publications 120 90 60 30 0 1980 1985 1990 1995 Year 2000 2005 2010 ЭЛЕКТРОАКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРЫ (ЭАП) • • Ионные ЭAП – Полимерные гели (IGL) – Ионные композиты полимер-металл (IPMC) – Проводящие полимеры (CP) – Углеродные нанотрубки (CNT) Электронные ЭAП – Пьезоэлектрические полимеры (PP) – Электрострикционные полимеры (EP) – Диэлектрические эластомеры (DE) – Жидкокристаллические эластомеры (LCE) – Аэрогели из углеродных нанотрубок European Scientific Network for Artificial Muscles (ESNAM) http://www.esnam.eu Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA; Dr. Yoseph Bar-Cohen http://eap.jpl.nasa.gov ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭАП ВЫКЛ ВКЛ (a) Источник питания (b) Верхний электрод (c) диэлектрическая эластомерная пленка(d) Нижний электрод ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО ЭАП ИОННЫЙ ЭAП Полимер, который изменяет форму и/или размеры вследствие миграции ионов при приложении электрического поля (обычно влажный и содержит электролит) ПРИМЕР ИОННОГО ЭАП СРАВНЕНИЕ МУСКУЛОВ И ИСКУССТВЕННЫХ МУСКУЛОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЭАП • АКТЮАТОРЫ • СЕНСОРЫ • ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ • • • • • • • • • • • • МЕДИЦИНА ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ БИОМИМЕТИЧЕСКИЕ РОБОТЫ ЭКЗОСКЕЛЕТЫ АРТИКУЛЯЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТАКТИЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ КОНТРОЛЬ ШУМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНИМАЦИЯ ИГРУШКИ УПРАВЛЕНИЕ МИМИКОЙ АНДРОИДА С ПОМОЩЬЮ ЭАП D. Hanson, University of Texas, Dallas, G. Pioggia, University of Pisa, Italy] ДИРИЖАБЛЬ НА ОСНОВЕ ЭАП Swiss Federal Labs for Materials Testing and Research (EMPA) ЭАП ОТ DANFOSS POLYPOWER ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭАП Danfoss PolyPower Пленка ПДМС; толщина 80 мкм, ширина 200 мм; длина 1 м; Sмакс=30% ДЕМОНСТРАЦИЯ МАКЕТА НОГИ С МУСКУЛАМИ ИЗ ЭАП Danfoss PolyPower Department of Mechanical Engineering National Technical University of Athens, GREECE ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ЭАП Danfoss PolyPower Danfoss PolyPower, Denmark ТАКТИЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ • «ИСКУССТВЕННАЯ КОЖА»: E-КОЖА (ELECTRONIC SKIN: Е-SKIN; КАК E-NOSE, E-TONGUE ) • ДАТЧИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИД (ПВДФ) • ДАТЧИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛАСТОМЕРОВ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН (ПДМС) • ОТ ОДИНОЧНОГО СЕНСОРА К МАССИВУ ТАКСЕЛЕЙ (TAXEL – TACTILE ELEMENT; КАК PIXEL – PICTURE ELEMENT) ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ РЕАЛИЗАЦИИ "СИЛОВЫХ" ИСКУССТВЕННЫХ МУСКУЛОВ ВЕДУЩИМИ СПЕЦИАЛИСТАМИ Количество ответов 4 • ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 3 • РАЗРАБОТКА МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ЭАП 2 1 0 • НАЛИЧИЕ СВЕРХЗАДАЧИ 0 5 10 15 20 Годы 25 30 35 40