基于石墨烯的热气动发生器用于软体机器人板载压力供给
摘要
包括医疗与人机交互机器人在内的多个领域均从受生物启发的软体执行器的发展中获益。许多近期开发的夹持器为气动式，需要外部压力供给系统，从而限制了这些机器人的自主性。这亟需开发可扩展且高效的板载压力生成系统。虽然传统空气压缩系统难以微型化，但通过将换能材料焦耳加热以产生压力的热气动系统提供了一种有前景的替代方案。然而，先前报道的热气动系统的换能材料表现出高热容与有限表面积，导致长响应时间与低工作频率。本研究提出一种使用气凝胶石墨烯（一种高度多孔 (>99.99%) 的互连石墨烯微管网络）作为轻质低比热换能材料的热气动压力发生器。一个气凝胶石墨烯加压模块 (AGPM) 可在 50 ms 内将 4.2 cm3 的储气室加压至约 ~140 mbar。以 0.66 Hz 周期性操作 AGPM 10 s 可进一步将储气室压力提升至 ~360 mbar。结果表明，多个 AGPM 可并行或串联操作以提升性能。例如，三个并行操作的 AGPM 可产生约 ~215 mbar 的压力脉冲。将 AGPM 串联可提高系统可达最大压力。研究表明，三个串联工作的 AGPM 可在约 2.5 min 内将储气室加压至 ~2000 mbar。AGPM 的极简设计可轻松适配电路板，使该方案成为软体机器人板载压力供给的有前景选择。
引用
@article{arxiv.2311.10488,
title = {Graphene-based thermopneumatic generator for on-board pressure supply of soft robots},
author = {Armin Reimers and Jannik Rank and Erik Greve and Morten Möller and Sören Kaps and Jörg Bahr and Rainer Adelung and Fabian Schütt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.10488},
year = {2023}
}
备注
Author Affiliation: Functional Nanomaterials, Department of Materials Science, Kiel University, Germany; Corresponding Authors: Dr.-Ing. Fabian Sch\"utt ([email protected]), Prof. Dr. Rainer Adelung ([email protected])