Robótica Orgânica Ariel Caleb Fernandes Souza Josué Fernandes Souza

Apresentação em tema: "Robótica Orgânica Ariel Caleb Fernandes Souza Josué Fernandes Souza"— Transcrição da apresentação:

1 Robótica Orgânica Ariel Caleb Fernandes Souza Josué Fernandes Souza
Fundamentos de Robótica Prof. Geovany A. Borges Julho/2011

2 Sumário Nanotubos de carbono: Introdução Processo de extração Gráficos Polímeros eletroativos Materiais Dispositivos ópticos Aplicações

3 Introdução Figura 1-Foto de uma estrutura de nanocarboneto de 50mm por 2mm de largura (A), aplicado 5V nele (B) Figura 2-Foto de uma estrutura de nanocarboneto de 25mm a 1500k com uma tensão de 3V aplicada. A E Aliev et al. Science 2009;323:

4 Figura 3-Representação esquemática do nanocarboneto vista com um corte transversal (D) e vista superior(E) A E Aliev et al. Science 2009;323:

5 Processo de extração Folhas transparentes de carbono aerogel de nanotubos foram retirados de paredes laterais em linha reta de multicamadas de nanotubos (MWNT) florestas que foram sintetizados por catalização de vapor químico depositado, utilizando gás acetileno como fonte de carbono. (A) Width-direction actuation strain, ΔW/Wo, versus applied voltage for N = 1 to 8 stacks of single aerogel sheets and for a densified eight-sheet stack, labeled 1 to 8 and 8′, respectively, having Lo = 25 mm and Wo = 2 mm. The universal curve in the inset for this aspect ratio (12.5) shows results for undensified nanotube sheet stacks that are normalized with a single-fit parameter R, where the normalization factor is SN = (N–1 – R)/(1 – R). (B) Actuation-generated thickness-direction strain versus applied voltage for an eight-layer sheet strip with the above Lo and Wo and Ho = 0.3 mm. The insets are edge-view photographs of the sheet strip in the sample jig of fig. S2 before (top) and after actuation (bottom), showing at midpoint the laser beam used for thickness measurement. (C) Specific stress versus length-direction strain at constant applied voltage (curves rising to the right) and for increasing voltage for a given tensile stress applied before actuation (lines rising to left), where the squares, circles, up triangles, down triangles, and diamonds correspond to applied voltages of 0, 0.4, 0.8, 1.2, and 1.6 kV, respectively. The investigated single sheet was 14.3 mm long and 0.55 mm wide and the sample jig of fig. S3 was used. The inset provides corresponding specific work capacity as a function of initially applied specific stress for different applied voltages. (D) Width-direction actuator strain for a single nanotube sheet strip (25 mm by 1 mm) on switching between 0 and 3 kV at the indicated temperatures. The insets picture the actuated sheets at incandescent temperatures. All results are for length-end supported nanotube sheets; measurements of ΔW/Wo and ΔH/Ho were made midway between these supports, and provided lines are guides for the eye.

6 Figura 4-Fabricação de pilhas de folhas de espessura (100 camadas) por um enrolamento.Folha MWNT sobre um mandril de diâmetro 7,2 centímetros (uma garrafa de plástico), uma vez que é extraída de um carbono floresta de nanotubos. Figura 5-Duas visões de um gabarito de medição utilizados para a caracterização de atuação de largura e espessura direções em temperaturas entre 80 e 1900 K. A E Aliev et al. Science 2009;323:

7 Gráficos Figura 6-Largura detectada pela atuação da tensão, versus a voltagem aplicada para pilhas de 1-8 de folhas de aerogel. A E Aliev et al. Science 2009;323:

8 Figura 7-Variação da altura versus a tensão aplicada ao nanocarboneto.
A E Aliev et al. Science 2009;323:

9 Figura 8-Pressão gerada pela aplicação de uma voltagem constante , onde quadrado, circulo triângulo p/ cima, triângulo p/ baixo e diamantes são respectivamente 0, 0.4, 0.8, 1.2 e 1.6 V

10 Figura 9-Variação da largura versus a variação da temperatura.

11 Figura 10-Atuação de tensão na direção da largura (ΔW / Wo) como uma função da voltagem aplicada para uma única MWNT. Folhas com diferentes Lo/ Wo . A E Aliev et al. Science 2009;323:

12 A E Aliev et al. Science 2009;323:1575-1578

13 ElectroActive Polymer (EAP)
O princípio de funcionamento da eletrônica dos EAP’s é baseado nas tensões de Maxwell produzidas pelos campos eletroestáticos. Entre os EAP’s especialmente os elastômeros dielétricos são materiais funcionais que têm potencial promissor como atuadores tipo-músculo, devido à sua complacência e bom desempenho

14 A unidade básica dos atuadores de Elastômero Dielétrico (ED) consiste de um filme de um elastômero dielétrico (silicone ou elastômero acrílico) entre dois eletrodos complacentes. Nesse arranjo o polímero atua como um dielétrico em um capacitor complacente. Figura 11- Unidade básica dos atuadores de elastômeros dielétricos: quando aplicada uma voltagem o filme de elastômero é comprimido em sua altura e expandido em sua área.

15 Materiais Os polímeros a base de silicone e acrílico são os mais comumente utilizados. Acrílico: está disponível comercialmente e possui grande tensão eletromecânica, produzindo alta pressão e extraordinária densidade de energia elástica. Silicone: Tem resposta rápida, ampla temperatura de estabilidade e pode ser facilmente adaptado para aplicações específicas quando fabricado.

16 Atuador expansivo enrolado:
Dispositivos Atuador expansivo enrolado: Obviamente, um pequeno filme de um elastômero não irá alcançar a força necessária par qualquer aplicação, por isso muitos filmes dielétricos devem ser pregados em paralelo. Uma maneira simples de se fazer isso é envolvendo vários filmes ao redor de um núcleo de suporte.

17 Figura 12- Atuadores de elastômeros dielétricos enrolados em torno de um núcleo de suporte.

18 Atuador de força de tensão contrativa (contractive tension force actuator):
É o design mais avançado desses tipos de atuadores, consiste de um grande número de filmes grudados, que são revestidos de eletrodos complacentes. Nessa configuração o filme dielétrico atua como um “espaçador” e não tem nenhuma tensão de tração na direção planar. Figura 13- Atuador de tensão configuração

19 Concha ativa (Active Shell)
Estruturas de concha ativa com uma larga deformação fora do plano normal (out-of-plane) podem ser usadas para gerar uma iteração entre a forma da estrutura e o ambiente (Podem ser usadas para a propulsão de veículos aéreos e aquáticos). Uma aplicação é mostrada na figura ... Onde a configuração antagônica é adotada, com filmes de ED grudados dos dois lados de estruturas articuladas de backbone.

20 Figura 14- Concha ativa com a configuração antagônica

21 Dispositivos opticos Os EAP’s permitem a criação de lentes com a distância focal ajustável. O princípio utilizado é o mesmo do olho humano, ao invés de mover as lentes para frente e para trás, ele dobra a lente através da aplicação de uma voltagem na mesma. Esse grau de liberdade facilita o design do sistema de foco e zoom de lentes para diversas aplicações (robótica também obviamente) Figura 15- Optotubes

22 Teoria por trás dos optotubes:
Figura 16-Optotubes

23 As maiores aplicações em robótica são na área de músculos artificiais.
Skitter MERbot Spinner Fish Robot head Eye

24 Bibliografia Rui Zhang, Dr. Gabor Kovacs, Dr. Andreas Kunz, Prof. Dr. Konrad Wegener - Spring Roll Dielectric Elastomer Actuators for a Portable Force Feedback Device