Robótica OrgânicaAriel Caleb Fernandes Souza

Josué Fernandes SouzaFundamentos de Robótica

Prof. Geovany A. BorgesJulho/2011

Sumário

• Introdução• Processo de extração• Gráficos

Nanotubos de carbono:

• Materiais• Dispositivos ópticos• Aplicações

Polímeros eletroativos

Figura 1-Foto de uma estrutura de nanocarboneto de 50mm por 2mm de largura (A), aplicado 5V nele (B)

Figura 2-Foto de uma estrutura de nanocarboneto de 25mm a 1500k com uma tensão de 3V aplicada.

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

Introdução

Figura 3-Representação esquemática do nanocarboneto vista com um corte transversal (D) e vista superior(E)

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

Folhas transparentes de carbono aerogel de nanotubos foram retirados de paredes laterais em linha reta de multicamadas de nanotubos (MWNT) florestas que foram sintetizados por catalização de vapor químico depositado, utilizando gás acetileno como fonte de carbono.

Processo de extração

Figura 4-Fabricação de pilhas de folhas de espessura (100 camadas) por um enrolamento.Folha MWNT sobre um mandril de diâmetro 7,2 centímetros (uma garrafa de plástico), uma vez que é extraída de um carbono floresta de nanotubos.

Figura 5-Duas visões de um gabarito de medição utilizados para a caracterizaçãode atuação de largura e espessura direções em temperaturas entre 80 e 1900 K. A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

Figura 6-Largura detectada pela atuação da tensão, versus a voltagem aplicada para pilhas de 1-8 de folhas de aerogel.

Gráficos

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

Figura 7-Variação da altura versus a tensão aplicada ao nanocarboneto.

Figura 8-Pressão gerada pela aplicação de uma voltagem constante , onde quadrado, circulo triângulo p/ cima, triângulo p/ baixo e diamantes são respectivamente 0, 0.4, 0.8, 1.2 e 1.6 V

Figura 9-Variação da largura versus a variação da temperatura.

Figura 10-Atuação de tensão na direção da largura (ΔW / Wo) como uma função da voltagem aplicada para uma única MWNT. Folhas com diferentes Lo/ Wo .

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

ElectroActive Polymer (EAP)

O princípio de funcionamento da eletrônica dos EAP’s é baseado nas tensões de Maxwell produzidas pelos campos eletroestáticos.

Entre os EAP’s especialmente os elastômeros dielétricos são materiais funcionais que têm potencial promissor como atuadores tipo-músculo, devido à sua complacência e bom desempenho

A unidade básica dos atuadores de Elastômero Dielétrico (ED) consiste de um filme de um elastômero dielétrico (silicone ou elastômero acrílico) entre dois eletrodos complacentes. Nesse arranjo o polímero atua como um dielétrico em um capacitor complacente.

Figura 11- Unidade básica dos atuadores de elastômeros dielétricos: quando aplicada uma voltagem o filme de elastômero é comprimido em sua altura e expandido em sua área.

Materiais

Os polímeros a base de silicone e acrílico são os mais comumente utilizados.

Acrílico: está disponível comercialmente e possui grande tensão eletromecânica, produzindo alta pressão e extraordinária densidade de energia elástica.

Silicone: Tem resposta rápida, ampla temperatura de estabilidade e pode ser facilmente adaptado para aplicações específicas quando fabricado.

Dispositivos

Atuador expansivo enrolado:Obviamente, um pequeno filme de

um elastômero não irá alcançar a força necessária par qualquer aplicação, por isso muitos filmes dielétricos devem ser pregados em paralelo. Uma maneira simples de se fazer isso é envolvendo vários filmes ao redor de um núcleo de suporte.

Figura 12- Atuadores de elastômeros dielétricos enrolados em torno de um núcleo de suporte.

Atuador de força de tensão contrativa (contractive tension force actuator):

É o design mais avançado desses tipos de atuadores, consiste de um grande número de filmes grudados, que são revestidos de eletrodos complacentes. Nessa configuração o filme dielétrico atua como um “espaçador” e não tem nenhuma tensão de tração na direção planar.

Figura 13- Atuador de tensão configuração

Concha ativa (Active Shell)

• Estruturas de concha ativa com uma larga deformação fora do plano normal (out-of-plane) podem ser usadas para gerar uma iteração entre a forma da estrutura e o ambiente (Podem ser usadas para a propulsão de veículos aéreos e aquáticos). Uma aplicação é mostrada na figura ... Onde a configuração antagônica é adotada, com filmes de ED grudados dos dois lados de estruturas articuladas de backbone.

Figura 14- Concha ativa com a configuração antagônica

Dispositivos opticos

• Os EAP’s permitem a criação de lentes com a distância focal ajustável. O princípio utilizado é o mesmo do olho humano, ao invés de mover as lentes para frente e para trás, ele dobra a lente através da aplicação de uma voltagem na mesma. Esse grau de liberdade facilita o design do sistema de foco e zoom de lentes para diversas aplicações (robótica também obviamente)

Figura 15- Optotubes

Teoria por trás dos optotubes:

Figura 16-Optotubes

Aplicações

As maiores aplicações em robótica são na área de músculos artificiais.

EyeRobot headFish

Spinner Skitter MERbot

Bibliografia

Rui Zhang, Dr. Gabor Kovacs, Dr. Andreas Kunz, Prof. Dr. Konrad Wegener - Spring Roll Dielectric Elastomer Actuators for a Portable Force Feedback Device

http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/72289/---/l=1 http://www.artificialmuscle.com/technology/epam.php http://www.sri.com/robotics/epam.html http://www.sri.com/esd/automation/actuators.html http://

www.hizook.com/blog/2009/03/19/new-artificial-muscle-material-superelastic-carbon-nanotube-aerogel

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http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommas/eap/WW-EAP-Newsletter.html

http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/72289/---/l=1 http://www.environmental-robots.com/