Untethered soft robot capable of stable locomotion using soft electrostatic actuators

Cao, Jianting; Qin, Lei; Liu, Jun; Ren, Qinyuan; Foo, Chuan-Sheng; Wang, Hongqiang; Lee, Heow Pueh; Zhu, Jian

doi:10.1016/j.eml.2018.02.004

Cited by 183 publications

(120 citation statements)

References 50 publications

Supporting

Mentioning

105

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The simplicity of DEAs in terms of the structure and working principle permits direct energy transformation between electric energy and mechanical energy with high efficiency and large frequency bandwidth. With these distinguished properties, various soft DEA-based machines and robots have been developed, ranging from tactile displays [19][20][21] and grippers [22][23][24] to bioinspired locomotive robots [2,25,26] and flying microrobots [27].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Unidirectional Soft Dielectric Elastomer Actuator Enabled by Built-In Honeycomb Metastructures

Liu

Chen

et al. 2020

Polymers

View full text Add to dashboard Cite

Dielectric elastomer actuators (DEAs) are able to undergo large deformation in response to external electric stimuli and have been widely used to drive soft robotic systems, due to their advantageous attributes comparable to biological muscles. However, due to their isotropic material properties, it has been challenging to generate programmable actuation, e.g., along a predefined direction. In this paper, we provide an innovative solution to this problem by harnessing honeycomb metastructures to program the mechanical behavior of dielectric elastomers. The honeycomb metastructures not only provide mechanical prestretches for DEAs but, more importantly, transfer the areal expansion of DEAs into directional deformation, by virtue of the inherent anisotropy. To achieve uniaxial actuation and maximize its magnitude, we develop a finite element analysis model and study how the prestretch ratios and the honeycomb structuring tailor the voltage-induced deformation. We also provide an easy-to-implement and scalable fabrication solution by directly printing honeycomb lattices made of thermoplastic polyurethane on dielectric membranes with natural bonding. The preliminary experiments demonstrate that our designed DEA is able to undergo unidirectional motion, with the nominal strain reaching up to 15.8%. Our work represents an initial step to program deformation of DEAs with metastructures.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Unidirectional Soft Dielectric Elastomer Actuator Enabled by Built-In Honeycomb Metastructures

Liu

Chen

et al. 2020

Polymers

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Гибкие датчики -один из популярных выборов для робототехнических рук-манипуляторов, контроля амортизации, измерения давления в условиях потоков ветра, носимой электроники и т.п. благодаря их большей динамичности относительно жестких датчиков [1][2][3][4][5][6][7]. Согласно [1] использование таких датчиков для искусственного интеллекта и робототехники в последние несколько лет стало одной из приоритетных применений сенсоров в промышленном секторе.…”

unclassified

“…Исполнение базовых тактильных задач подобно захвату, сбору, сварке и т.п. для робототехнических рук анализируются датчиками, прикрепленными к руке в специальной позиции с возможностью мониторинга движения в реальном времени [1][2][3][4]. Таким образом, датчики растяжения должны быть высоко гибкими, растягиваемыми и совместимыми с материалом [2].…”

unclassified

“…для робототехнических рук анализируются датчиками, прикрепленными к руке в специальной позиции с возможностью мониторинга движения в реальном времени [1][2][3][4]. Таким образом, датчики растяжения должны быть высоко гибкими, растягиваемыми и совместимыми с материалом [2]. В настоящее время изготовление гибких тактильных датчиков в большинстве случаев основано на электронике, встроенной в гибкие полимерные материалы с использованием комбинаций виниловых, имидных, углеродных и этиленовых групп.…”

unclassified

“…Однако большинство из выбираемых полимерных материалов подвержены пластическим деформациям только при низких значениях, ведущим к формированию микротрещин внутри материала. Поскольку наша кожа испытывает линейную эластичную деформацию до значения удлинения до 15%, эти материалы могут оказаться неподходящими для роботехнических рук или носимой электроники [2,7]. Несколько исследовательских групп внедряли различные проводящие органические и неорганические элементы в элестомеры на основе силанов, уретанов, резин и силоксанов [1][2][3][4][5][6][7].…”

unclassified

See 2 more Smart Citations

Tenso-Resistive Printed Sensors for Flexible Elements of Systems and Mechanisms

Кондратов¹,

Нагорнова²,

Varepo

2018

DSMM

View full text Add to dashboard Cite

Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Том 6, № 2 21 6. Земенкова М. Ю., Сероштанов И. В., Земенков Ю. Д., Воронин К. С. Система непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2015. 4 (50) С. 34-36. 7. Dmitriev A., Gerasimov V. To the issue of energy efficiency of using frequency-controlled centrifugal pump units // MATEC Web of Conferences.Аннотация. Представлены результаты испытания тензорезистивных датчиков, изготовленных печатным способом на двух типах нетканых материалов с использованием двух типов модифицированных проводящих красок, содержащих углеродные нанотрубки, сажу и графит, разработанных для таких гибких высоконагруженных и тянущихся элементов, как воздухоопорные структуры, амортизационные элементы и системы и механизмы робототехники. Установлена строгая зависимость электросопротивления и тензочувствительности от величины и диапазона деформаций растяжения для каждого типа нетканого материала и проводящих красок. Датчики, разработанные на нетканых материалах с нанотрубками, наилучшим образом подходят для измерения влажности воздуха и контроля деформаций в широком диапазоне относительного удлинения (0-80%) с разделением на 3 диапазона тензочувствительности от 0 до 10, 10-30 и 30-80% относительного удлинения. Было изучено влияние плотности нетканого материала, а также его предварительной термообработки и условий окружающей среды. Преимуществами таких датчиков относительно других доступных промышленно выпускаемых датчиков или известных прототипов являются низкая стоимость и простота эксплуатации. Датчики изготовлены с помощью трафаретной печати.Ключевые слова: тензорезистор, нетканые материалы, печать, термообработка, проводящие краски, углеродные нанотрубки, диапазон тензочувствительности.

show abstract

4D Printed Multifunctional Composites with Cooling‐Rate Mediated Tunable Shape Morphing

Roach

Sun

Peng

et al. 2022

Adv Funct Materials

View full text Add to dashboard Cite

Multifunctional composites can accomplish multiple tasks such as shape morphing, sensing, and load bearing using a single structure. Smart materials including liquid crystal elastomers (LCE) and shape memory polymers (SMP) have long been used as the primary components of multifunctional composites because of their shape and property changes in response to external stimuli. However, LCEs can generate rapid and reversible shape changes but are soft and require a constant temperature to retain their deformed shape; SMPs have favorable mechanical properties but few can achieve reversible actuations. Moreover, both LCEs and SMPs have limited capability for tunable shape morphing. Multi‐material 3D printing of smart materials, also known as 4D printing, has seen significant advances enabling the fabrication of composites with novel functionality. In this work, 4D printing is leveraged to create an LCE‐SMP composite that can achieve not only rapid and reversible shape changes, but also cooling‐rate regulated tunable shape morphing. The latter is achieved by harnessing the distinct time‐dependent thermomechanical properties of LCEs and SMPs. Furthermore, the composite has a high stiffness at low temperature to support heavy loads. The LCE‐SMP composite hence offers a novel approach to achieve tunable shape morphing for future engineering applications.

show abstract

Untethered soft robot capable of stable locomotion using soft electrostatic actuators

Cited by 183 publications

References 50 publications

A Unidirectional Soft Dielectric Elastomer Actuator Enabled by Built-In Honeycomb Metastructures

A Unidirectional Soft Dielectric Elastomer Actuator Enabled by Built-In Honeycomb Metastructures

Tenso-Resistive Printed Sensors for Flexible Elements of Systems and Mechanisms

4D Printed Multifunctional Composites with Cooling‐Rate Mediated Tunable Shape Morphing

Contact Info

Product

Resources

About