模量和约束对软溶胀梁自重复、功率放大屈曲的影响

闩锁介导的弹簧驱动（LaMSA）是自然界中发现的一种机制，生物体通过可重复的快速能量释放产生最高水平的功率密度。虽然LaMSA已被用于工程系统，如弓箭、弹射器和跳跃机器人，但大多数此类技术需要外部动力才能实现自重复运动。软致动器的最新进展表明，用挥发性溶剂溶胀的工程凝胶能够通过利用环境相互作用（蒸发）和弹性之间的平衡，实现自重复、高比功率的产生。这些系统依赖于屈曲失稳。由于材料特性和几何形状之间的复杂耦合，两者都随着自重复运动的持续而演变，因此对于聚合物特性和边界条件如何控制给定溶剂量下功率产生事件的寿命、次数和幅度，目前仍缺乏理解。我们通过并行测量蒸发过程中的累积力响应和结构轮廓变形，克服了表征蒸发驱动、发电凝胶性能的挑战。通过优化溶胀特性与弹性之间的平衡，屈曲寿命比先前文献增加了445%，最大功率密度约为87 W/kg。这一功率是在50毫米长的溶胀梁蒸发53毫克溶剂后实现的，与成年跳跃螳螂在相似尺寸尺度下68 W/kg的功率输出相当。1我们建立了平衡Flory-Rehner溶胀理论与屈曲力学的标度关系，以深入理解自主发电系统寿命和功率的优化。