Gli attuatori microidraulici sono progettati per convertire la potenza elettrica in potenza meccanica su una microscala con maggiore densità di potenza e maggiore efficienza. Essenzialmente, questi nuovi attuatori funzionano combinando la forza di tensione superficiale derivata da un gran numero di goccioline che vengono distorte dagli elettrodi elettroumidificanti.

In uno studio pubblicato su Robotica scientifica , due ricercatori del MIT hanno recentemente studiato le prestazioni di attuatori microidraulici lineari e rotazionali su scala di microgrammi azionati dall'elettrobagnatura. Questo lavoro è un'evoluzione dei loro sforzi precedenti, che ha esplorato nuovi modi di convertire l'energia elettrica in energia idraulica.

"Lavoriamo da diversi anni sull'effetto elettrowetting, ed erano incuriositi dalla possibilità di generare movimento fisico progettando un dispositivo ibrido solido e fluido basato sull'elettrobagnatura, "Jakub Kedzierski, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Dopo aver lavorato su diverse iterazioni di progettazione, abbiamo optato per questo progetto."

Il design degli attuatori microidraulici ideati da Kedzierski e dal suo collega Eric Holihan è in parte ispirato alla struttura del muscolo umano. Nelle fibre muscolari, piccole forze tra le molecole di actina e miosina vengono aggiunte lungo i lunghi filamenti per produrre una grande forza totale. "In un modo simile, i nostri attuatori aggiungono forze di tensione superficiale relativamente piccole prodotte da molte gocce elettroumidificanti lungo un lungo foglio di poliimmide per produrre una forza molto maggiore, " ha spiegato Kedzierski. "Chiamiamo gli attuatori microidraulici perché, come nell'idraulica, la forza è inizialmente prodotta nel fluido, e viene quindi trasferito su un componente solido che può funzionare."

L'attuatore microidraulico è costituito da tre componenti principali:l'array di elettrodi, lo strato fluidico di goccioline d'acqua nell'olio e l'array di goccioline solide. Le gocce sono attaccate all'array di gocce utilizzando regioni idrofile incise. Attraverso il processo di elettrobagnatura, queste gocce vengono trascinate dagli elettrodi nella matrice di elettrodi.

Perciò, quando gli elettrodi vengono ciclati in sequenza, le gocce e l'array di gocce si muovono insieme alla forma d'onda della tensione in movimento. La piccola forza individuale di ogni goccia viene così amplificata, poiché le centinaia di gocce in ciascuna serie di gocce contribuiscono a una forza totale maggiore.

"Due strati sono separati da pochi micron di gocce fluidiche. Queste gocce sono attaccate a uno strato e possono essere tirate elettricamente da elettrodi sull'altro strato, " ha spiegato Kedzierski. "Questo produce movimento tra i due strati, e come bonus, fornisce una lubrificazione permanente tra di loro. La piccola forza di tensione superficiale di ogni goccia è amplificata dal fatto che un gran numero di gocce lavorano in tandem."

I ricercatori hanno valutato l'attuatore misurando il lavoro meccanico che potrebbe svolgere e la potenza elettrica richiesta. Hanno scoperto che la sua densità di potenza massima in uscita era di 0,93 kilowatt/chilogrammo, che è simile a quello di alcuni dei migliori motori elettrici sul mercato. Alla massima potenza, il loro attuatore era efficiente al 60%, tuttavia ha raggiunto efficienze fino all'83 percento quando la potenza era inferiore.

"Ci sono alcuni motivi per cui questa tecnologia è rivoluzionaria, " ha detto Kedzierski. "In primo luogo, ha la densità di potenza dei motori, e un'elevata efficienza di conversione energetica. Secondo, funziona su scala molto ridotta e migliora man mano che i componenti vengono ridotti, mentre i motori classici si degradano rapidamente quando vengono ridotti al di sotto delle dimensioni centimetriche. Finalmente, fornisce un movimento digitale preciso in un modo simile a un motore passo-passo, un cavallo di battaglia per molte applicazioni tecnologiche, compresa la robotica".

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