• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
04.10.2023
ПНИПУ
378

Разработка Пермского Политеха сделает роботов сильнее и чувствительнее

4.5

Пьезоэлектрические актюаторы — это устройства, основанные на обратном пьезоэффекте. Они преобразуют электрический сигнал от внешнего источника питания в механические действия, например, в движения. К ним относятся электродвигатели, а еще пневматические приводы, которые приводят механизмы в работу с помощью энергии сжатого воздуха. Недостатком традиционных пьезоактюаторов считается их низкая эффективность: энергии расходуется много, а результат воздействия минимальный. Ученые Пермского Политеха разработали две модели новых пьезоактюаторов и обнаружили, что их эффективность более чем в 40 раз превышает аналогичные показатели традиционных. Благодаря этому изобретению роботы смогут стать более ловкими и чувствительными к осязанию.

Разработка Пермского Политеха сделает роботов сильнее и чувствительнее
Разработка Пермского Политеха сделает роботов сильнее и чувствительнее / © Getty images / Автор: Павел Сорокин

Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». На исследования выданы патенты.

Современные композитные (состоящие из двух и более компонентов) SMART-материалы и конструкции основаны на использовании оптических волокон, материалов с памятью формы, пьезоэлектрических и/или магнитострикционных (меняющих форму при изменении намагниченности) материалов. Они применяются в системах самодиагностики, самозалечивания повреждений и адаптации к реальным условиям эксплуатации элементов аэрокосмической техники, антиобледенения и снижения уровня шума лопастей вертолетов, локации и настройки отражающих поверхностей оптических телескопов.

Наиболее ярким примером использования пьезоэлектрических элементов, обладающих прямым и обратным пьезоэффектами, является их перспективное применение в современной робототехнике в качестве «искусственной кожи» – гибких тактильных (сенсорных) индикаторных покрытий, голосовых акустических устройств и манипуляторов (актюаторов) захвата и перемещения предметов.

Пьезоэлементы, встроенные в SMART-конструкции, выполняют сенсорные и исполнительные функции. Сенсорные основаны на прямом пьезоэффекте, то есть, передают искусственному интеллекту электронную информацию о внешней среде. Исполнительные функции совершаются над внешними объектами и работают за счет обратного пьезоэффекта. В этом случае пьезоэлектрические элементы выступают в качестве «актюаторов» – преобразователей электрических сигналов от источника питания (искусственного интеллекта) в движение для манипулирования или сборки микромасштабных объектов, микрозахватов, шаговых двигателей, систем автоматического управления радиотехники, электроники, оптики, акустики, аэрокосмической и медицинской техники.

Эпюра перемещений мембраны (закрепленной по центру) с установленными двухсторонними MDS (слева) и традиционными пластинчатыми (справа) актюаторами / © Пресс-служба ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха разработали два вида новых пьезоустройств – мембранные и оболочечные актюаторы, которым дали сокращенные названия: MDS – и CDS-актютаторы соответственно. DS означает использование в этих устройствах управляющих электродов в виде плоских или пространственных «двойных спиралей». Отличие новых актюаторов от прототипов заключается в значительно большей эффективности. Этот результат достигается за счет выбора именно спиральной формы управляющих электродов в виде «двойных спиралей», малости расстояния между витками спирали электродов и уникальной «взаимообратной» спиральной поляризации пьезослоя. Изготовление MDS- и CDS-актютаторов для широкого использования в науке и технике планируется осуществить в создаваемой учеными новой лаборатории «Пьезосенсортех» на аэрокосмическом факультете ПНИПУ.

Расположения электродов на верхней и нижней поверхностях (слева) и направления поляризаций ±p в радиальном сечении (справа) пьезоэлектрического слоя MDS-актюатора / © Пресс-служба ПНИПУ

«Разработанные нами актюаторы открывают новые перспективы расширения и совершенствования возможностей роботов. Их акустические системы – микрофоны и динамики, то есть «слух» и «голос», будут чувствительнее и громче, а манипуляторы, то есть «пальцы рук» – более ловкими, сильными. Кроме того, улучшится «осязание» – ощущение тепла, холода и производимого ими давления, возникающего при прикосновении, захвате и манипулировании предметом», – рассказывает профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор физико-математических наук Андрей Паньков. Так, благодаря разработке пермских ученых, робототехника может шагнуть вперед, делая телескопы более точными, а роботов более чувствительными за счет использования новых актюаторов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Позавчера, 15:26
Андрей

Изучение реакции социальных животных на смерть члена группы, особенно наблюдение за поведением приматов, крайне важно для эволюции танатологии. Внезапная гибель сородича может вызвать сильный стресс у животных из-за разрыва крепких связей. Но исследования не ограничиваются визуальными проявлениями — гораздо важнее анализировать секрецию гормонов стресса. Антропологи предложили изучать сразу группу двух разных стероидов. Они проверили свой метод на гиббонах, потерявших взрослого самца.

Позавчера, 10:00
ПНИПУ

Карбонат натрия — один из важных сырьевых материалов, который широко применяют в химической, пищевой, металлургической, текстильной промышленностях и многих других областях. При производстве кальцинированной соды (карбоната натрия) образуется большое количество отходов. Распространенный способ их размещения в окружающей среде — шламохранилище рядом с содовым заводом. При таком подходе на долгосрочной основе занимаются большие площади, происходит загрязнение атмосферного воздуха, подземных вод и почвы, эта территория не может обеспечить устойчивое ресурсное и экономическое развитие. Ученые ПНИПУ предложили новый способ использования отходов содового производства для дорожного строительства. Разработка позволит укрепить грунтовые элементы автомобильных дорог, снизить стоимость транспортного строительства и сократить накопленные объемы шлама.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

16 июля
Полина Меньшова

Лекарства, которые используют для анестезии, заставляют человека на какое-то время потерять сознание. Этот эффект может быть связан с дестабилизацией мозга, выяснили ученые из США.

17 июля
Василий Парфенов

В работе космонавтов крайне много трудностей и опасностей, а вот радостей, помимо гордости за уникальную профессию и хорошей зарплаты, маловато. Самое обидное, что в космосе фактически недоступен простейший способ поднять себе настроение — вкусно поесть. Вся пища в условиях микрогравитации воспринимается сильно иначе, и не совсем понятно, почему это происходит. Согласно новому исследованию австралийских ученых, дело может быть не только в невесомости.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно