A High‐Lift Micro‐Aerial‐Robot Powered by Low‐Voltage and Long‐Endurance Dielectric Elastomer Actuators

机器人 电压 执行机构 材料科学 人工肌肉 弹性体 Lift(数据挖掘) 软机器人 机械工程 功率密度 功率(物理) 计算机科学 声学 电气工程 工程类 人工智能 复合材料 物理 量子力学 数据挖掘
作者
Zhijian Ren,Suhan Kim,Xiang Ji,Weikun Zhu,Farnaz Niroui,Jing Kong,Yufeng Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (7) 被引量:88
标识
DOI:10.1002/adma.202106757
摘要

Dielectric elastomer actuators (DEAs) are a special class of artificial muscles that have been used to construct animal-like soft robotic systems. However, compared with state-of-the-art rigid actuators such as piezoelectric bimorphs and electromagnetic motors, most DEAs require higher driving voltages, and their power density and lifetime remain substantially lower. These limitations pose significant challenges for developing agile and powered autonomous soft robots. Here, a low-voltage, high-endurance, and power-dense DEA based on novel multiple-layering techniques and electrode-material optimization, is reported. When operated at 400 Hz, the 143 mg DEA generates forces of 0.36 N and displacements of 1.15 mm. This DEA is incorporated into an aerial robot to demonstrate high performance. The robot achieves a high lift-to-weight ratio of 3.7, a low hovering voltage of 500 V, and a long lifetime that exceeds 2 million actuation cycles. With 20 s of hovering time, and position and attitude error smaller than 2.5 cm and 2°, respectively, the robot demonstrates the longest and best-performing flight among existing sub-gram aerial robots. This important milestone demonstrates that soft robots can outperform their state-of-the-art rigid counterparts, and it provides an important step toward realizing power autonomy in soft robotic flights.
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