20/11/2023
Door Ad Spijkers
Het vervormen van kegels kan ingewikkelde spiraalvormige randen veroorzaken, blijk uit simulaties en experimenten.
Wetenschappers aan de University of Cambridge hebben het draagvermogen van conische omhulsels, gemaakt van zachte materialen, onderzocht. Ze hebben beperkende zwakheden ontdekt die gevolgen kunnen hebben voor zachte robotica. Deze eigenschappen beïnvloeden het vermogen van veranderende kegels om fundamentele mechanische taken uit te voeren.
LCE
In zachte robotica zijn componenten ontworpen om vervormbaar, samendrukbaar en flexibel te zijn. Ze maken vaak gebruik van zachte elementen, mechanismen, machines en actuatoren als bouwstenen Voorbeelden van dergelijke bouwstenen zijn stukjes zacht materiaal die kunnen grijpen, trekken, duwen, pompen, draaien enzooorts.
Nieuw onderzoek, geleid door de University of Cambridge, heeft de sterkte van conische omhulsels van vloeibaar kristalelastomeer (LCE) berekend. LCE is een lichtgewicht vervormend materiaal dat geschikt is voor gebruik in zachte robotica. Met een combinatie van theorie, numerieke data en experimenten onderzochten de onderzoekers uit Cambridge en de University of Colorado het heffen, laden en knikken van deze dunne, veranderende LCE-films die duizenden keren hun eigen gewicht kunnen tillen.
Zwakheden
Zachte elementen voor gebruik in zachte robotica zijn vaak opgebouwd uit dunne vellen zacht materiaal, zodat hun mechanische werking gebaseerd kan zijn op puur buigen of strekken van het materiaal. De eerste is zwak; dit laatste is sterk, zoals blijkt uit een platte LCE-plaat die in een kegel verandert en daarbij een enorm gewicht opheft. Het onderzoek is het eerste dat berekent en begrijpt hoe sterk een dunwandige kegel is. Dat is belangrijk voor ontwerpers van zachte robots die vervormende kegels als krachtige actuatoren kunnen gebruiken.
De bevindingen leggen echter een zwakte bloot in de sterkte van deze dunne kegels wanneer deze worden samengedrukt, voornamelijk vervormen in een buitenste grenslaag. Dit veroorzaakt knikken bij veel kleinere lasten dan eerder werd voorspeld.
Meer in het algemeen onthult het onderzoek enkele belangrijke onderliggende principes waarvan de wetenschappers verwachten dat ze tot ver buiten de kegeltjes generaliseren. Ze hebben ontdekt dat vrije, niet-geklemde randen dunne structuren op een verrassende manier sterk kunnen verzwakken. Dit kan van invloed zijn op veel andere mechanismen dan veranderende kegels, inclusief structuren die niets te maken hebben met zachte robotica.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Daniel Duffy