Младший научный сотрудник, Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики/Вдохновленная механизмом стабильного ползания насекомых, таких как саранча и кузнечик, на наклонных или даже перевернутых ветвях, команда профессора Дай Чжэндуна разработала бионическую градиентную кривизну гладкой прокладки, основанную на дугообразной поверхности и внутренней ветвистой структуре подушки. Эта структура, сохраняя многоинтерфейсную адаптивность, успешно реализует субсекундное переключение адгезии / трения с помощью вибрационного регулирования. Результаты соответствующих исследований«Ультрабыстрое адгезионное/треньевое двусторонне переключаемое управление вибрацией»По теме, опубликованной в"Передовые функциональные материалыЖурналы предоставляют инновационное решение для давней проблемы несовместимости « сильной адгезии» и « быстрого высвобождения» в таких областях, как ловкая работа роботов и производство прецизионных устройств.
Исследовательская группа используетМикроскопическая фотолитография (PμSL)3DТехнология печати (Нано - арка®S140 ПроС точностью:10 мкмПодготовлено четыре параметра.(曲率半径Толщина контактного слоя, диаметр опорного слоя и градиентизация)РегулируемыйСерия образцов. Результаты эксперимента показалиМатериал демонстрирует стабильные свойства адгезии и трения при испытании: прочность адгезии превышает60,0 кПаИнтенсивность трения выше130,0 кПаИ в200Поддерживается после испытаний непрерывного цикла.90%Вышеуказанная эксплуатационная стабильность. Кроме того, материал находится в≥ 3°Наклон,Ра0,8 мкмСохраняйте стабильную производительность при грубых поверхностях и других условиях и выдерживайте400 Гц/60 мкмВибрационный режим и- 60 ~ 160℃Температурные условия в пределах диапазона(Рисунок 1,2)А.
рисунок1. Конструкция имитационной гладкой прокладки и адгезия вибрационного регулирования/Схема механизма трения.
рисунок2. Четыре ключевых структурных параметра./МоХарактеристики стиранияПоследствия.
рисунок3. Различные структуры в статическом состоянии./Сопоставление характеристик адгезии и трения на вибрационно - грубом фундаменте.
Дальнейшие исследования показывают, что бионический градиент кривизны гладкая структура подушки в условиях вибрационного испытания демонстрирует двойную модальную реакцию и вибрационную толерантность.в50 Гц/100 мкмЕго адгезионные свойства в условиях вибрации1.371 ± 0004 НПовышение до3.711 ±0,037 NУвеличение до270,68%(МодульЯ); а200 Гц/100 мкмВ условиях вибрации адгезия может снизиться0.079 ±0,050 NУменьшение составляет497,58%(МодульIIВ)). Коэффициент прилипания переключателя и эффективность преобразования соответственно46.79и97,86%. Стоит отметить, что градиентная конструкция позволяет материалу400 Гц/60мкмСохраняется в вибрационной среде.70%вышеСвойства трения(рисунок3)А.
рисунок4. Анализ механизмов поверхностной адаптации и регулирования вибрации.
Что касается механического анализа, то внутри структуры образуются магнитные частицы, расположенные вдоль осевого градиента.Модульная градиентная структура « верхней мягкой нижней жесткости» эффективно реализует равномерное распределение напряжений интерфейса, не только усиливает эффективную работу адгезии, но и уменьшает энергию деформации интерфейса. Модуль памяти и частоты/Анализ данных, таких как модуль потерь, показывает, что низкочастотные вибрации усиливают адгезию с помощью упругого доминирования (режим)ⅠВ то время как высокочастотные вибрации ослабляют адгезию за счет вязкого диссипации (режим)Ⅱ) Таким образом, можно достичь меньше30миллисекундное переключение состояния адгезии, скорость отклика которого равна скорости геккона.(рисунок4)А.
рисунок5. Проверка неразрушающего захвата поверхностей, таких как металлы, органическое стекло и кремниевые пластины, а также проверка портативных модулей.
рисунок6. Температурные условия интеграции с манипулятором, проверка применения на большой площади.
После проверки неразрушающей адсорбции металлов, органического стекла и кристаллических кругов на испытательной платформеИсследовательская группа далее разработала общий вес ниже280г, стоимость ниже50Портативный операционный модуль юаня успешно реализовал неразрушающую обработку эксцентричной базы (рисунок 5). Портативные модули также могут быть интегрированы в конце манипулятора для удовлетворения потребностей высокоточной и большой площади работы(рисунок6)А.
резюмеА.Исследование предлагает"Градиентное распределение-Вибрационная индукция "Синергическая стратегия, успешно реализованная в наклонной, грубой, вибрационной и термической среде адгезии/Стабильное сцепление свойств трения с быстрым и обратимым переключениемОбеспечивает структурную адгезию/Переход фрикционных материалов от пассивной структурной оптимизации к активному динамическому регулированию дает новые идеи для разработки « умных» конечных исполнительных устройств, подходящих для динамической среды.