Hygrobot: A self-locomotive ratcheted actuator powered by environmental humidity

执行机构 湿度 汽车工程 工程类 电气工程 物理 气象学
作者
Beomjune Shin,Jonghyun Ha,Minhee Lee,Keunhwan Park,Gee Ho Park,Tae Hyun Choi,Kyu‐Jin Cho,Ho‐Young Kim
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:3 (14) 被引量:453
标识
DOI:10.1126/scirobotics.aar2629
摘要

Microrobots that are light and agile yet require no artificial power input can be widely used in medical, military, and industrial applications. As an actuation system to drive such robots, here we report a biologically inspired bilayer structure that harnesses the environmental humidity energy, with ratchets to rectify the motion. We named this actuator-ratchet system the hygrobot. The actuator uses a hygroscopically responsive film consisting of aligned nanofibers produced by directional electrospinning, which quickly swells and shrinks in lengthwise direction in response to the change of humidity. The ratchets based on asymmetric friction coefficients rectify oscillatory bending motion in a directional locomotion. We mathematically analyzed the mechanical response of the hygrobot, which allowed not only prediction of its performance but also the optimal design to maximize the locomotion speed given geometric and environmental constraints. The hygrobot sterilized a trail across an agar plate without any artificial energy supply.
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