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Diseño de un tapiz Biomimetic para un Robot -Inspirado Pulpo
- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel
abstracto
Con el fin de desarrollar artefacto de la piel para un brazo de robot pulpo - inspirado , que está diseñado para ser capaz de alargarse 60 % de su longitud original , caucho de silicona y lámina de nylon de punto fueron seleccionados para la fabricación de una piel artificial , debido a su mayor elástica
tensión y alta flexibilidad. Tracción y tijeras de corte de las pruebas se llevaron a cabo para caracterizar la matriz y materiales de refuerzo y el artefacto de la piel . Propiedades de los materiales del individuo y de los materiales compuestos se compararon con la medida propiedades de la piel pulpo reales presentados en el módulo de la Parte I. El de Young de la piel debe ser inferior a 20 MPa y el elástico
gama de cables deberá ser superior al 60 %. La resistencia a la fractura debe ser de al menos 0,9 kJ · m I2 . Los tubos fabricados con el artefacto de la piel llena de líquido se pusieron a prueba para estudiar el cambio de volumen bajo deformación . Modelo de análisis de elementos finitos fue desarrollado para simular el material y la estructura del brazo bajo carga de tracción . Los resultados muestran que el artefacto de la piel desarrollado tiene propiedades mecánicas similares como la piel pulpo real y satisface todas las especificaciones de diseño del robot PULPO . Palabras clave : piel pulpo, ensayo de tracción estática , resistencia , artefacto de la piel, compuesto de nylon / silicona
1 Introducción
El primer artículo de esta serie presentó los resultados de propiedades elásticas y de fractura medidos de pulpo reales la piel [ 1 ] . El objetivo de este trabajo es el desarrollo de la piel artefacto para el robot pulpo , que será similar a bienes pieles. La piel artificial se separará y proteger el
artefactos musculares suaves , actuadores suaves y cables de el medio ambiente circundante y tienen propiedades similares como las de la piel pulpo real. Una búsqueda exhaustiva de la literatura ha revelado una escasez de literatura se ocupa del diseño y fabricación de pieles biomiméticos inteligentes. La mayoría de los intentos para imitar la funcionalidad de las pieles se han basado en re-
buscar en el campo biomédico [ 2-14 ] . En términos generales, estos arti - ficiales pieles se caracterizan como sea acelular ( manu - Factured partir de polímeros ) o celular (compuesto de cul -
células de la piel estructurados en un andamio biocompatible ). acelular materiales de injerto con frecuencia utilizan colágeno ( de origen animal ) , fibras poliméricas y membranas de silicona [ 2 ] . Su funciónción es marcadamente diferente a la requerida para el OC- Correspondencia: Jinping Hou
E- mail: j.hou @ reading.ac.uk topus tentáculo robótico , ya que su función es la de controlar la pérdida de humedad desde el sitio de la herida y un impiden MI- la contaminación microbiana . Estos materiales también forman un andamio para su posterior regeneración de células de la piel . Joven y compañeros de trabajo [ 15 ] pHEMA desarrollado pieles artificiales reforzado con material diferente de fibra y fibra AR - de guardado para el propósito de apósito para heridas . Resultados de su investigación muestran que tejió fibra spandex elástico rienda - membranas pHEMA forzosos tienen bajo módulo de Young y mayores fortalezas y elongación [ 15 ] . En este estudio, caucho de silicona y de punto de nylon hoja fueron seleccionados y probados para estudiar la viabilidad de el uso de ellos para hacer material compuesto blando para ser usado como pieles para el pulpo inspirados robot blando. 2 Las propiedades mecánicas de la piel del pulpo Los resultados de la Parte I de esta serie de documentos revelados esa piel pulpo tiene propiedades mecánicas similares en direcciones a lo largo ya través de la longitud de los brazos . Tabla 1 muestra las propiedades mecánicas detalladas del brazo
pieles de pulpos probados [ 1 ], donde L representa Journal of Bionic Engineering ( 2011 ) Vol.8 No.3
298 dirección a lo largo de la plena competencia y T representa el
dirección transversal . Cabe señalar que la piel pulpo está en - recapitulativos al cuerpo o los músculos del brazo a través de los tejidos conectivos. Hay una gran cantidad de arrugas de la piel que son capaces de desplegar bajo alargamiento sin estar parado nivel significativo de estrés. La cepa fallo medido por la prueba mecánica Se mide la tensión de deformación bajo tensión. Esta es la razón de que a pesar de que el brazo de pulpo puede ser alargada 170 % , las cepas de fracaso de las pieles presentan
en la Tabla 1 son mucho más bajos . Idealmente, el rango de deformación elástica para el artefacto piel debe estar al mismo nivel . De acuerdo con las especificaciones de diseño del pulpo el brazo , la contracción máxima del brazo será 20 % [ 16 ] , que se corresponde a un alargamiento de aproximadamente 60 % . Así, la deformación a rotura del artefacto piel debe estar
mayor que 60 % . Tabla 1 propiedades mecánicas medidas de pieles pulpo reales
Max . E ( MPa ) último estrés ( MPa ) Fallo deformación ( %) Fractura dura - ness ( kJ · m I2)
Brazo 20,1 4,8 33,3 0,9 Ventral 32,4 7,8 31,8 1,1 Dorsal L 35.8 7.3 Dorsal T 41,6 8,8 30,1 1,1
3 Selección y pruebas de los materiales candidatos 3.1 materiales candidatos En la selección de materiales para el artefacto de la piel , la re-requisitos eran que los materiales deben tener muy alta
nivel de deformación elástica para permitir grandes elongaciones del Brazo OCTOUS . Debe ser altamente flexible de carga tan alto no sería necesaria con el fin de estirar los brazos de la robot . Los materiales deben tener el mismo nivel de fuerza y resistencia a la fractura que se destacan el entorno real pulpo tiene que experimentar. El caucho de silicona es resistente al agua y tiene una alta elasticidad
nivel de cepa. Es muy fácil de fabricar y puede ser curado a temperatura ambiente y presión . Por lo tanto, era seleccionado como el material de la matriz del material compuesto de la piel . El caucho de silicona utilizado en este trabajo fue Ecoflex 0030 producido por suave a Ltd se muestra en la figura . 1 es una resistencia a la tracción muestra de prueba de goma de silicona. Un 15 denier tejido textil de nylon se utiliza para controlar - forzar el artefacto de la piel . La estructura de este textil es se muestra en la figura . 2 . La naturaleza flexible del punto estructura junto con el uso de fibras de nylon rizadas
permite una alta deformación bajo cargas pequeñas. La figura . 1 Una muestra de tracción de caucho de silicona . La figura . 2 Un primer aspecto de la hoja de nylon. 3.2 Medición de las propiedades mecánicas de los materiales candidatos Ensayos mecánicos se llevaron a cabo en una universales pruebas de la máquina Instron 5564 con una célula de carga de 1 kN a cuantificar las propiedades de estos dos materiales . La figura . 3 muestra la puesta a punto del ensayo de tracción de una silicona normal espécimen sin refuerzo , que era de 200 mm de largo y 32 mm de ancho en los dos extremos , con una sección central de talle . La longitud de la sección recta en los dos extremos era 60 mm cada una. La anchura en el centro era 25,45 mm . La espesor de la muestra fue de 1,3 mm . Se puede observar a partir de la figura . 3 que los dos extremos de la muestra eran montado. La velocidad de la cruceta se fijó en 4 mm · min I1 a mantener la condición de carga casi estática . La figura . La figura 4 muestra las curvas de esfuerzo -deformación de silicona de caucho medida a partir de ensayos de tracción . Se puede observar que este tipo de caucho de silicona tiene deformaciones elásticas superiores a 500 %. Todas las pruebas terminaron debido al deslizamiento de la muestra en las garras
de la máquina de ensayo en lugar de rotura de la muestra . La la rigidez de los aumentos de goma de silicona con nivel de cepa. Como la elongación máxima de los brazos del robot será de 60 % ,
el módulo de Young del material será inferior a 0,05 MPa en el área de trabajo .Se muestra en la figura . 5 es un modelo establecido para una com - prueba de compresión . La altura y el diámetro de la espe -
mens eran 20 mm . Película de teflón y estearato de zincpolvo se aplicaron en las interfaces entre el
muestra y las superficies de apoyo y carga en Para reducir al mínimo friction.Hou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel Las curvas de tensión-deformación de caucho de silicona bajo de compresión se representaron gráficamente en la figura . 6 . Se han dado cuenta de que el caucho de silicona tiene muy bajo módulo a niveles de deformación hasta 40 % , por debajo de 0,1 MPa . La rigidez a la compresión aumenta abruptamente cuando los niveles de tensión superiores a 60 % . no fractura se observó en los especímenes incluso después de 80 % tensión de compresión. Los resultados de las pruebas de tijeras de corte , un común
método utilizado para decidir resistencia a la fractura de soft – tis Sues [ 17-21 ] , revelaron que la resistencia a la fractura de sili - caucho cono era 0,14 kJ · m I2 . Este valor es muy bajo,
en comparación con la de la piel real, que aparece en la Tabla 1 .
La figura . 3 Configuración del ensayo de tracción . Prueba de compresión estática en botellas de gel de silicio
0.00
í0.50
í1.00
í1.50
í2.00
Cylinder_1
Cylinder_2
Cylinder_3
Cylinder_4
Cylinder_5
í2.50
í3.00
í3.50
í4.00
i100
i80
I60
i40
Strain (% )
La figura . 5 Configuración de la prueba de compresión . I20 0
La figura . 6 curvas de tensión-deformación de silicona bajo compresión.
Se puede observar que el caucho de silicona tiene una satisfactoria rango de deformación elástica para servir como piel pulpo. Pero su El módulo de Young y la resistencia a la fractura tienen que ser mejorado. Así que un material tiene que ser seleccionada como rein - Forcement para formar un material compuesto con silicona goma. Sábanas de nylon de punto utilizados para hacer de las mujeres
medias fue seleccionado como candidato de refuerzo ma- rial para el artefacto de la piel. Su material fundamental prop - piedades se midieron por el ensayo mecánico utilizado para caracterización de las propiedades reales de la piel del pulpo . La especímenes de nylon de punto para ensayos de tracción eran solteros capa de tiras de 50 mm de largo y 10 mm de ancho. El espesor del material se obtuvo mediante el pesaje sábanas de nylon y se calcula de la siguiente manera : tLa figura . 4 curvas de tensión-deformación de silicona bajo tensión. 299M ,
U lw
( 1 )
donde t es el espesor , m es la masa de la hoja ; U es la densidad de masa , que es de 1150 kg · m I3 ; ly w son los longitud y la anchura de la muestra de lámina de nylon . La espesor de la lámina de nylon obtenido fue de 0,055 mm . Las curvas de tensión-deformación de la lámina de nylon especi - los hombres a lo largo ya través de la longitud de las medias eran trazada en la figura . 7 . Hay tensión lineal y la tensión relativa- ciones en ambas las direcciones longitudinal y transversal en niveles de deformación menores de 70 % . Aunque el nilón / de silicona compuesto tiene mayor módulo en la dirección longitudinalción en comparación con que en la dirección transversal , tanto de los módulos eran muy bajos , es decir, 0,5 MPa y 0,2 Mpa. La tenacidad a la fractura de la lámina de nylon era también medida por las tijeras que cortan las pruebas . La figura . La figura 8 muestra la entrada
cargar con y sin corte de una muestra. El área entre las dos curvas se utiliza la energía para el cuttingJournal de biónica Ingeniería ( 2011 ) Vol.8 No.3300
del material . Los tenacidades fractura de lámina de nylon en las direcciones longitudinal y transversal eran 4,2 kJ · m I2 y 3,7 kJ · m I2 respectivamente .
2
Sample_1L
Sample_2L
Sample_1T
Sample_2T
1.6
Tabla 2 Propiedades de los materiales de caucho de silicona y nylon de punto
hojas
De material joven
módulo ( MPa )
fracaso
deformación ( %)
final
estrés ( MPa )
Fractura dura -
ness ( kJ · m I2)
Silicone 0.05 500 Nylon 0.5 L > 200 No fallado
0.14
4.2
Nylon 0.2 T > 200 No falló 3.7 1.2 4 Fabricación y prueba del artefacto de la piel
0.8 El gel de silicona viene en dos partes con la mezcla relación de 01:01 . Material de piel de hoja plana fue hecha por vertidoción de gel de mezcla de silicona a un molde con una superficie plana ala parte inferior , donde se había colocado una lámina plana de nylon antes de la mano . A continuación, el molde se cerró y el gel fue dejado curar durante 4 horas . El espesor de la lámina era controlada por la brecha entre las dos partes del molde . La figura . La figura 9 muestra dos piezas del artefacto de la piel .
0.4
0
0
50
100
Strain (% )
150
200
La figura . 7 curvas tensión-deformación de los ensayos de tracción en las hojas de nylon .
0
E 0.3
I0.6
í0.9
I1.2
La figura . 9 Hoja plana de compuesto de nylon / silicona .
corte
I1.5
vacío
I1.8
I20
I15
i10
í5
0
El desplazamiento de la cruceta (mm ) La figura . 8 Cargue con y sin corte de una muestra de nylon.
Como se ha mencionado antes , el espesor de la de nylon la hoja utilizada fue 0.055 mm . Por lo tanto las energías necesarias para una grieta para crecer un milímetro será 2,3 × 10 I4 J y 2.0
× 10 I4 J en las direcciones longitudinales y transversales respectivamente . La piel pulpo es menos de 0,15 mm de espesor en la mayoría de los casos . Como la resistencia a la fractura de la piel verdadera
tanto en las direcciones longitudinal y transversal son 0,9 kJ · m I2, la energía necesaria para una grieta creciendo un milímetro través de la piel real sería de 1,35 × 10 I4 J. Por lo tanto, puede se llegó a la conclusión de que una capa de lámina de nylon debe ser lo suficientemente fuerte como para que coincida con la dureza de la piel real. Propiedades medidas de caucho de silicona y caballero
lámina de nylon se resumen en la Tabla 2 . Se puede observar que el módulo de Young de la lámina de nylon es muchomayor que el de caucho de silicona . La fractura dura - Ness de la lámina de nylon es mucho mayor que las de la la piel real , así como los de caucho de silicona . Así, la compuesto hecho de estos dos materiales debe ser com - parable a la piel real. Para comparar las propiedades de la piel con el artefacto los de piel pulpo, la tracción y tijeras de corte pruebas se llevaron a cabo . Los mismos métodos se utilizaron para la charla - acterise las pieles de pulpo , como se presenta en la Parte I de este
serie . Trazan en la figura . 10 son curvas típicas de tensión-deformación del artefacto de la piel tanto en la dirección longitudinal y trans- direcciones verso. Se puede observar las rigideces en tanto
direcciones del aumento artificial de la piel con nivel de cepa casi linealmente cuando el nivel de tinción está por debajo de 50 % . la curva de tensión-deformación de una verdadera muestra de la piel pulpo es también trazada en la figura . 10 . En comparación con la piel real, la arti - ficial la piel es muy suave en ambas direcciones . Los resultados de las propiedades mecánicas medidas de artefacto de la piel , hasta a nivel de cepa límite máximo previsto, es decir, el 60% , tienen han resumido en la Tabla 3 . En comparación con las propiedades de la piel pulpo verdadera listado en la Tabla 1 , el artefacto de la piel tiene mucho menor Módulos de Young en tanto la longitudinal y transversal direcciones , lo cual es aproximadamente una trigésima parte de la del pulpo piel. Así , incluso el espesor del artefacto de la piel es de aproximadamente diez veces mayor que la de la piel real, la fuerza necesaria para una
determinada cantidad de deformación de la piel artificial ser aún menor que la de la piel del pulpo real. La deformación a rotura de este material es superior al 200% , lo que isHou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel mucho más alto que el nivel requerido por el diseño especificaciones de los pulpos inspirados robot. Durante el pruebas , no se llegó a un fallo debido al deslizamiento de la muestra en las abrazaderas . La tenacidad a la fractura de la de nylon / silicona com - opuesto se midió entre 0.3 kJ · m I2 y 0,4
kJ · m í2 . Aunque se trata de cerca de un tercio de la de la oc - topus piel, la energía necesaria para una grieta que se propaga un longitud dada a través del artefacto de la piel es mucho más alto
que a través de las pieles de pulpo , como compos - la piel ite es aproximadamente diez veces más gruesa. Nilon / silicona L Nilon / silicona T
la piel real
0.3
la piel real
8
7
6
5
0.2
4
3
0.1
2
cosidas juntas . El cilindro de vidrio cubierto de nylon a continuación, la hoja se presiona hacia abajo en el tubo exterior lleno con la mezcla de gel de silicona. Las posiciones de los dos cilindros -
dros fueron establecidos por la brida en la superficie superior de la soporte de cristal . La estructura de la piel en forma de tubo se sacó después de 4 horas . Los tubos de nylon / silicona se llenaron a continuación con Dow Corning 200 pruebas de fluidos y de tracción se llevaron a cabo AF -
terwards . Se sujetaron Los dos extremos de los tubos . Se muestra en la figura . 12 es un tubo de tal en virtud del 100 % elongaciones . Una curva de carga - deformación típica de un ensayo de tracción dis -
juega relación casi lineal entre un máximo de 60 % de colar , como se muestra en la figura . 13 .
( MPa ) 0.4
301
1
0.0
0
30
60
90
Strain (% )
120
La figura . 11 El molde usado para hacer tubos de nylon / silicona. 0 150 La figura . 10 curvas de tensión-deformación de los ensayos de tracción en nylon / silicio com - opuesto . Tabla 3 Propiedades mecánicas de los artefactos de la piel De material joven módulo ( MPa ) Fallo
deformación ( %) Último estrés ( MPa ) Fractura dureza ( kJ · m I2) Nylon / silicona L 0,15-,6 > 200 No fracasado 0.3 Nylon / silicona T 0,09-0,2 > 200 No fallaron 0.4
5 Ensayo de tubos de nylon / silicona llenos de líquido
La figura . 12 tubo de nylon / silicona llena de aceite a 100 % de elongación .
20
Velocidad de deformación 0.001
Velocidad de deformación 0.005
15
Según Kier y Smith [ 22 ] , la más importante función biomecánica de la estructura músculo hidrostatos, tales como el brazo de pulpo y trompa de elefante , es que su vol - ume mantiene constante. Las estructuras de brazo del pulpo robot también debe mantener el volumen constante bajo de- formación . Antes de que el prototipo de la estructura músculo- tura del brazo está disponible , los volúmenes de los tubos hecha de material compuesto de nylon / de silicona rellena con un líquido fueron estudiado bajo carga de tracción . Tubos cilíndricos de nylon / silicona se hicieron usando un
molde formado por dos cilindros con una diferencia en diámetro de 2,74 mm . El diámetro y la longitud de la cilindro interior fueron 19.2 mm y 190 mm respectivamente. Se muestra en la figura . 11 es una foto del molde. hoja de Nylon estaba envuelto primera vuelta de la varilla de vidrio cilíndrica y 10
5
0
0
20
40
60
80
Alargamiento ( % )
100
La figura . 13 de carga cambia con la elongación. 120Journal de Bionic Engineering ( 2011 ) Vol.8 No.3 302 Con el fin de mantener constante el volumen , la relación entre la longitud y el diámetro del tubo como seguir deben ser satisfechas : L
4 C
,
ʌ D 2
( 2 )
donde L es la longitud del tubo , D es el diámetro de tubo y C es una constante . Se muestra en la figura . 14 son los diámetros medidos cambiar con los alargamientos de dos tubos . El punteado la línea es la relación teórica entre la longitud y el diámetro calculado a partir de la ecuación . ( 2 ) . Se puede observar que el datos de las pruebas están muy cerca del cálculo teórico volumen de constante . Este resultado sugiere que si el materiales en el interior de los tubos de mantener el volumen constante , el artefacto de la piel es lo suficientemente suave para permitir que para ser real zado . el modelo , que es 150 mm de largo y 20 mm de diámetro . Debido a la simetría, sólo una cuarta parte del tubo era
simulado . El modelo se muestra en la figura . 15 . simétrico se aplicaron las condiciones sobre los X e Y - ejes. Dis - la colocación a lo largo del eje z se aplica a la piel elemento - sólo mentos . Un modelo de material de Mooney fue seleccionado para tanto en la piel y el fluido . Coeficientes constantes de la
material de la piel en el modelo se obtuvieron mediante expe - datos mentales fitting ofrecidos por el paquete. Muy pequeño valores de constantes del material se utilizaron para el líquido el interior del tubo . Detalles de los coeficientes son materiales tabulados en la Tabla 4 . Para mantener el volumen constante y de alta valores de los módulos a granel se utilizan tanto para la piel y el fluido . La figura . 15 modelo de elementos finitos del tubo de nylon / silicona lleno de líquido. La figura . 14 Cambio de diámetro como una función de cambiar la longitud de los tubos llenos con aceite vegetal . 6 Finite Element Analysis (FEA ) de simulación de la prueba de tensión del tubo Método de los elementos finitos es una herramienta muy útil para diseño y desarrollo de productos . Se reduce el tiempo y costar mucho como prototipos virtuales se pueden construir y probado bajo diversas condiciones de carga . tensión crítica y los niveles de tensión se pueden comprobar y mejorar la diseño se puede hacer en consecuencia. En este trabajo, se aplicó el análisis FEA para simular la deformación de tubos de nylon / silicona rellenos de Dow Corning 200 fluido ( Polydimethlysiloxane ) con viscosidad en 500 cSt (mm2 · s I1 ) bajo carga de tensión a lo largo de su eje. Paquete de elementos finitos Marc proporcionada por MSC Soft- se utilizó Ware. Elemento sólido 3D fue seleccionada para construir Tabla 4 Mooney constantes del material de artefacto de la piel y el líquido dentro C 20 C 30 Bulk módulo 0.015 0.0287 0.0032 1e 5
0 2.623eí8 0 1e 4
C 10 C 01 C 11
Artefacto de la piel de aceite 0.01797 0.0113 silicona 1.96eí8 0 La figura . La figura 16 muestra la deformación del modelo de bajo carga de tracción a lo largo de su eje . El volumen total del modelo no cambia antes y después de la deformación . Carga - curvas de alargamiento obtenidos por el método de elementos finitos y ex - pruebas experimentales se representan en la figura . 17 . Cargue la FEA modelo se obtuvo mediante la suma de la fuerza de reacción a lo largo del eje z de cada nodo en un extremo del modelo . El resultado FEA concuerda muy bien con el experimental una cuando el alargamiento es menor que 90 % . El diseño especificación de la elongación de los brazos es de 60 % . Así , el modelo FEA representa el tubo de piel de cerca dentro de su trabajo range.Hou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel Inc : 100
Hora: 1,000 E +00 1.500e 02
1.350e 02
1.200e 02
1.050e 02
9.000e 01
7.500e 01
6.000e 01
4.500e 01
3.000e 01
1.500e 01
í2.663eí22
Y
Z
X
La figura . 16 Deformación del modelo de elementos finitos del tubo bajo cargas de tracción carga a lo largo de su eje . 303 volumen bajo alargamiento . Eso significa que la piel artificial es lo suficientemente suave para permitir que las estructuras musculares sean contenida en su interior para mantener la característica más importante de hydrostat muscular. Un modelo FEA se ha desarrollado para predecir la deformación de estos tubos bajo carga de tracción a lo largo de su eje . El modelo será muy útil en el futuro mejora del diseño de todo el brazo . Sin sensores , el artefacto de la piel no puede funcionar adecuadamente . También brazos de pulpo , suelen cargar con ventosas , que se utilizan para la locomoción y la captura de presas . El trabajo futuro se centrará en el desarrollo de sensores y
los retoños de los brazos de pulpo . Agradecimientos Los autores desean agradecer al Sr. Dirk Keeley,
El Sr. y la Sra. David Patrick Fearn Kate por su técnica apoyo en este trabajo. Este trabajo era financieramente sup - portado por la Comisión Europea en el marco del proyecto número FP7 231608 y se agradece aquí . Referencias[ 1 ]
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Piel Biomimetic para un Robot -Inspirado Octopus - Parte I:
Caracterización Pulpo piel . Diario de Bionic Engineering,
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La figura . 17 Comparación entre las curvas de carga - elongación de un ny-
tubo de lon - silicona obtenido por la predicción FEA y experimental
las pruebas . [ 2 ] Suministros DM , sustitutos de la piel Boyce S T. Ingeniería : prácticas
7 Conclusiones y trabajo futuro [ 3 ] Liu XH , Smith LA, Hu J , Ma P X. Biomimetic nanofibras
Material compuesto flexible, suave hecha de tejidos de punto
nylon reforzado de goma de silicona se ha desarrollado para
imitar la piel pulpo. Los resultados de los ensayos de tracción mostraron
que el artefacto de la piel es mucho más suave que la piel pulpo .
La deformación a rotura del artefacto de la piel es mucho mayor que
que a partir de las especificaciones de diseño de los brazos de robot pulpo.
No se ha llegado fracaso para el artefacto piel bajo -
yendo más de 100 % de deformación . Los resultados de instrumentado
tijeras de corte de las pruebas indican que el artefacto tiene la piel
resistencia a la fractura alrededor de un tercio de esa prueba de verdad
piel pulpo. Como el artefacto de la piel es aproximadamente diez veces
más gruesa que la real , la energía necesaria para una grieta a
propagar una longitud dada a través de la piel de nylon / silicona
es mucho más alta que a través de la piel pulpo real.
Se hicieron Tubos de la artefacto de la piel y se llenan con
líquido. Los resultados de los ensayos de tracción de estos tubos de hasta
100 % de deformación mostró que mantenían constante
y los potenciales . Clínicas en Dermatología, 2005 , 23, 403-412 .
andamios compuestos de gelatina / apatita de tejido óseo inge-
niería . Biomateriales , 2009 , 30, 2252-2258 .
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Diseño de un tapiz Biomimetic para un Robot -Inspirado Pulpo
- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel
abstracto
Con el fin de desarrollar artefacto de la piel para un brazo de robot pulpo - inspirado , que está diseñado para ser capaz de alargarse 60 % de su longitud original , caucho de silicona y lámina de nylon de punto fueron seleccionados para la fabricación de una piel artificial , debido a su mayor elástica tensión y alta flexibilidad. Tracción y tijeras de corte de las pruebas se llevaron a cabo para caracterizar la matriz y materiales de refuerzo y el artefacto de la piel . Propiedades de los materiales del individuo y de los materiales compuestos se compararon con la medida propiedades de la piel pulpo reales presentados en el módulo de la Parte I. El de Young de la piel debe ser inferior a 20 MPa y el elástico
gama de cables deberá ser superior al 60 %. La resistencia a la fractura debe ser de al menos 0,9 kJ · m I2 . Los tubos fabricados con el artefacto de la piel llena de líquido se pusieron a prueba para estudiar el cambio de volumen bajo deformación . Modelo de análisis de elementos finitos fue desarrollado para simular el material y la estructura del brazo bajo carga de tracción . Los resultados muestran que el artefacto de la piel desarrollado tiene propiedades mecánicas similares como la piel pulpo real y satisface todas las especificaciones de diseño del robot PULPO . Palabras clave : piel pulpo, ensayo de tracción estática , resistencia , artefacto de la piel, compuesto de nylon / silicona Copyright © 2011 , Universidad de Jilin . Publicado por Elsevier Limited y Science Press . Todos los derechos reservados .
doi : 10.1016/S1672-6529 ( 11 ) 60033-4
1 Introducción El primer artículo de esta serie presentó los resultados de propiedades elásticas y de fractura medidos de pulpo reales la piel [ 1 ] . El objetivo de este trabajo es el desarrollo de la piel
artefacto para el robot pulpo , que será similar a bienes pieles. La piel artificial se separará y proteger el
artefactos musculares suaves , actuadores suaves y cables de el medio ambiente circundante y tienen propiedades similares como las de la piel pulpo real. Una búsqueda exhaustiva de la literatura ha revelado una escasez de literatura se ocupa del diseño y fabricación de pieles biomiméticos inteligentes. La mayoría de los intentos para imitar la funcionalidad de las pieles se han basado en re-
buscar en el campo biomédico [ 2-14 ] . En términos generales, estos arti - ficiales pieles se caracterizan como sea acelular ( manu - Factured partir de polímeros ) o celular (compuesto de cul -
células de la piel estructurados en un andamio biocompatible ). acelular materiales de injerto con frecuencia utilizan colágeno ( de origen animal ) , fibras poliméricas y membranas de silicona [ 2 ] . Su función ción es marcadamente diferente a la requerida para el OC- Correspondencia: Jinping Hou
E- mail: j.hou @ reading.ac.uk topus tentáculo robótico , ya que su función es la de controlar
la pérdida de humedad desde el sitio de la herida y un impiden MI- la contaminación microbiana . Estos materiales también forman un andamio para su posterior regeneración de células de la piel . Joven y compañeros de trabajo [ 15 ] pHEMA desarrollado pieles artificiales reforzado con material diferente de fibra y fibra AR -de guardado para el propósito de apósito para heridas . Resultados de su
investigación muestran que tejió fibra spandex elástico rienda - membranas pHEMA forzosos tienen bajo módulo de Young y mayores fortalezas y elongación [ 15 ] .
En este estudio, caucho de silicona y de punto de nylon hoja fueron seleccionados y probados para estudiar la viabilidad de el uso de ellos para hacer material compuesto blando para ser usado como
pieles para el pulpo inspirados robot blando. 2 Las propiedades mecánicas de la piel del pulpo
Los resultados de la Parte I de esta serie de documentos revelados esa piel pulpo tiene propiedades mecánicas similares en direcciones a lo largo ya través de la longitud de los brazos . Tabla 1
muestra las propiedades mecánicas detalladas del brazo pieles de pulpos probados [ 1 ], donde L representa Journal of Bionic Engineering ( 2011 ) Vol.8 No.3
298
dirección a lo largo de la plena competencia y T representa el dirección transversal .
Cabe señalar que la piel pulpo está en - recapitulativos al cuerpo o los músculos del brazo a través de los tejidos conectivos. Hay una gran cantidad de arrugas de la piel que son capaces de desplegar
bajo alargamiento sin estar parado nivel significativo de estrés. La cepa fallo medido por la prueba mecánica Se mide la tensión de deformación bajo tensión. Esta es la razón de que a pesar de que el brazo de pulpo puede ser alargada 170 % , las cepas de fracaso de las pieles presentan en la Tabla 1 son mucho más bajos . Idealmente, el rango de deformación elásticapara el artefacto piel debe estar al mismo nivel . De acuerdo con las especificaciones de diseño del pulpo el brazo , la contracción máxima del brazo será 20 % [ 16 ] , que se corresponde a un alargamiento de aproximadamente 60 % .
Así, la deformación a rotura del artefacto piel debe estar mayor que 60 % . Tabla 1 propiedades mecánicas medidas de pieles pulpo reales Max . E ( MPa ) último
estrés ( MPa ) Fallo deformación ( %) Fractura dura - ness ( kJ · m I2)
Brazo 20,1 4,8 33,3 0,9 Ventral 32,4 7,8 31,8 1,1
Dorsal L 35.8 7.3 Dorsal T 41,6 8,8 30,1 1,1
3 Selección y pruebas de los materiales candidatos 3.1 materiales candidatos En la selección de materiales para el artefacto de la piel , la re- requisitos eran que los materiales deben tener muy alta
nivel de deformación elástica para permitir grandes elongaciones del Brazo OCTOUS . Debe ser altamente flexible de carga tan alto no sería necesaria con el fin de estirar los brazos de la robot . Los materiales deben tener el mismo nivel de fuerza y resistencia a la fractura que se destacan el entorno real pulpo tiene que experimentar. El caucho de silicona es resistente al agua y tiene una alta elasticidad
nivel de cepa. Es muy fácil de fabricar y puede ser curado a temperatura ambiente y presión . Por lo tanto, era seleccionado como el material de la matriz del material compuesto de la piel .
El caucho de silicona utilizado en este trabajo fue Ecoflex 0030 producido por suave a Ltd se muestra en la figura . 1 es una resistencia a la tracción muestra de prueba de goma de silicona. Un 15 denier tejido textil de nylon se utiliza para controlar - forzar el artefacto de la piel . La estructura de este textil es se muestra en la figura . 2 . La naturaleza flexible del punto estructura junto con el uso de fibras de nylon rizadas permite una alta deformación bajo cargas pequeñas. La figura . 1 Una muestra de tracción de caucho de silicona . La figura . 2 Un primer aspecto de la hoja de nylon. 3.2 Medición de las propiedades mecánicas de los materiales candidatos Ensayos mecánicos se llevaron a cabo en una universales pruebas de la máquina Instron 5564 con una célula de carga de 1 kN a cuantificar las propiedades de estos dos materiales . La figura . 3 muestra la puesta a punto del ensayo de tracción de una silicona normal espécimen sin refuerzo , que era de 200 mm de largo y 32 mm de ancho en los dos extremos , con una sección central de talle . La longitud de la sección recta en los dos extremos era 60
mm cada una. La anchura en el centro era 25,45 mm . La espesor de la muestra fue de 1,3 mm . Se puede observar a partir de la figura . 3 que los dos extremos de la muestra eran montado. La velocidad de la cruceta se fijó en 4 mm · min I1 a mantener la condición de carga casi estática . La figura . La figura 4 muestra las curvas de esfuerzo -deformación de silicona de caucho medida a partir de ensayos de tracción . Se puede observar que este tipo de caucho de silicona tiene deformaciones elásticas superiores a 500 %. Todas las pruebas terminaron debido al deslizamiento de la muestra en las garras
de la máquina de ensayo en lugar de rotura de la muestra . La la rigidez de los aumentos de goma de silicona con nivel de cepa. Como la elongación máxima de los brazos del robot será de 60 % ,
el módulo de Young del material será inferior a 0,05 MPa en el área de trabajo .
Se muestra en la figura . 5 es un modelo establecido para una com - prueba de compresión . La altura y el diámetro de la espe - mens eran 20 mm . Película de teflón y estearato de zinc polvo se aplicaron en las interfaces entre el muestra y las superficies de apoyo y carga en Para reducir al mínimo friction.Hou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel Las curvas de tensión-deformación de caucho de silicona bajo de compresión se representaron gráficamente en la figura . 6 . Se han dado cuenta de que el caucho de silicona tiene muy bajo módulo a niveles de deformación hasta 40 % , por debajo de 0,1 MPa . La rigidez a la compresión
aumenta abruptamente cuando los niveles de tensión superiores a 60 % . no fractura se observó en los especímenes incluso después de 80 % tensión de compresión. Los resultados de las pruebas de tijeras de corte , un común método utilizado para decidir resistencia a la fractura de soft – tis Sues [ 17-21 ] , revelaron que la resistencia a la fractura de sili - caucho cono era 0,14 kJ · m I2 . Este valor es muy bajo, en comparación con la de la piel real, que aparece en la Tabla 1 . La figura . 3 Configuración del ensayo de tracción . Prueba de compresión estática en botellas de gel de silicio
0.00
í0.50
í1.00
í1.50
í2.00
Cylinder_1
Cylinder_2
Cylinder_3
Cylinder_4
Cylinder_5
í2.50
í3.00
í3.50
í4.00
i100
i80
I60
i40
Strain (% )
La figura . 5 Configuración de la prueba de compresión .
I20
0
La figura . 6 curvas de tensión-deformación de silicona bajo compresión. Se puede observar que el caucho de silicona tiene una satisfactoria rango de deformación elástica para servir como piel pulpo. Pero su El módulo de Young y la resistencia a la fractura tienen que ser mejorado. Así que un material tiene que ser seleccionada como rein - Forcement para formar un material compuesto con silicona
goma. Sábanas de nylon de punto utilizados para hacer de las mujeres medias fue seleccionado como candidato de refuerzo ma- rial para el artefacto de la piel. Su material fundamental prop - piedades se midieron por el ensayo mecánico utilizado para caracterización de las propiedades reales de la piel del pulpo . La especímenes de nylon de punto para ensayos de tracción eran solteros capa de tiras de 50 mm de largo y 10 mm de ancho. El espesor del material se obtuvo mediante el pesaje sábanas de nylon
y se calcula de la siguiente manera : t La figura . 4 curvas de tensión-deformación de silicona bajo tensión.299
m ,
U lw
( 1 )
donde t es el espesor , m es la masa de la hoja ; U es la densidad de masa , que es de 1150 kg · m I3 ; ly w son los longitud y la anchura de la muestra de lámina de nylon . La espesor de la lámina de nylon obtenido fue de 0,055 mm . Las curvas de tensión-deformación de la lámina de nylon especi -
los hombres a lo largo ya través de la longitud de las medias eran trazada en la figura . 7 . Hay tensión lineal y la tensión relativa- ciones en ambas las direcciones longitudinal y transversal en niveles de deformación menores de 70 % . Aunque el nilón / de silicona compuesto tiene mayor módulo en la dirección longitudinalción en comparación con que en la dirección transversal , tanto
de los módulos eran muy bajos , es decir, 0,5 MPa y 0,2 Mpa. La tenacidad a la fractura de la lámina de nylon era también medida por las tijeras que cortan las pruebas . La figura . La figura 8 muestra la entrada cargar con y sin corte de una muestra. El área entre las dos curvas se utiliza la energía para el cuttingJournal de biónica Ingeniería ( 2011 ) Vol.8 No.3 300 del material . Los tenacidades fractura de lámina de nylon en las direcciones longitudinal y transversal eran 4,2 kJ · m I2 y 3,7 kJ · m I2 respectivamente .
2
Sample_1L
Sample_2L
Sample_1T
Sample_2T
1.6
Tabla 2 Propiedades de los materiales de caucho de silicona y nylon de punto
hojas
De material joven
módulo ( MPa )
fracaso
deformación ( %)
final
estrés ( MPa )
Fractura dura -
ness ( kJ · m I2)
Silicone 0.05 500 Nylon 0.5 L > 200 No fallado
0.14
4.2
Nylon 0.2 T > 200 No falló 3.7 1.2 4 Fabricación y prueba del artefacto de la piel 0.8 El gel de silicona viene en dos partes con la mezcla relación de 01:01 . Material de piel de hoja plana fue hecha por vertido ción de gel de mezcla de silicona a un molde con una superficie plana a la parte inferior , donde se había colocado una lámina plana de nylon antes de la mano . A continuación, el molde se cerró y el gel fue dejado curar durante 4 horas . El espesor de la lámina era controlada por la brecha entre las dos partes del molde . La figura . La figura 9 muestra dos piezas del artefacto de la piel .
0.4
0
0
50
100
Strain (% )
150
200
La figura . 7 curvas tensión-deformación de los ensayos de tracción en las hojas de nylon .
0
E 0.3
I0.6
í0.9
I1.2
La figura . 9 Hoja plana de compuesto de nylon / silicona .
corte
I1.5
vacío
I1.8
I20
I15
i10
í5
0
El desplazamiento de la cruceta (mm ) La figura . 8 Cargue con y sin corte de una muestra de nylon.
Como se ha mencionado antes , el espesor de la de nylon la hoja utilizada fue 0.055 mm . Por lo tanto las energías necesarias para una grieta para crecer un milímetro será 2,3 × 10 I4 J y 2.0
× 10 I4 J en las direcciones longitudinales y transversales respectivamente . La piel pulpo es menos de 0,15 mm de espesor en la mayoría de los casos . Como la resistencia a la fractura de la piel verdadera
tanto en las direcciones longitudinal y transversal son 0,9 kJ · m I2, la energía necesaria para una grieta creciendo un milímetro través de la piel real sería de 1,35 × 10 I4 J. Por lo tanto, puede se llegó a la conclusión de que una capa de lámina de nylon debe ser lo suficientemente fuerte como para que coincida con la dureza de la piel real. Propiedades medidas de caucho de silicona y caballero
lámina de nylon se resumen en la Tabla 2 . Se puede observar que el módulo de Young de la lámina de nylon es mucho mayor que el de caucho de silicona . La fractura dura - Ness de la lámina de nylon es mucho mayor que las de la la piel real , así como los de caucho de silicona . Así, la compuesto hecho de estos dos materiales debe ser com - parable a la piel real.Para comparar las propiedades de la piel con el artefacto los de piel pulpo, la tracción y tijeras de corte pruebas se llevaron a cabo . Los mismos métodos se utilizaron para la charla - acterise las pieles de pulpo , como se presenta en la Parte I de este
serie . Trazan en la figura . 10 son curvas típicas de tensión-deformación del artefacto de la piel tanto en la dirección longitudinal y trans- direcciones verso. Se puede observar las rigideces en tanto direcciones del aumento artificial de la piel con nivel de cepa casi linealmente cuando el nivel de tinción está por debajo de 50 % . la curva de tensión-deformación de una verdadera muestra de la piel pulpo es también trazada en la figura . 10 . En comparación con la piel real, la arti - ficial la piel es muy suave en ambas direcciones . Los resultados de las propiedades mecánicas medidas de artefacto de la piel , hasta a nivel de cepa límite máximo previsto, es decir, el 60% , tienen han resumido en la Tabla 3 . En comparación con las propiedades de la piel pulpo verdadera listado en la Tabla 1 , el artefacto de la piel tiene mucho menor Módulos de Young en tanto la longitudinal y transversal direcciones , lo cual es aproximadamente una trigésima parte de la del pulpo piel. Así , incluso el espesor del artefacto de la piel es de aproximadamente diez veces mayor que la de la piel real, la fuerza necesaria para una
determinada cantidad de deformación de la piel artificial ser aún menor que la de la piel del pulpo real. La deformación a rotura de este material es superior al 200% , lo que isHou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel
mucho más alto que el nivel requerido por el diseño especificaciones de los pulpos inspirados robot. Durante el pruebas , no se llegó a un fallo debido al deslizamiento de la muestra en las abrazaderas .
La tenacidad a la fractura de la de nylon / silicona com - opuesto se midió entre 0.3 kJ · m I2 y 0,4
kJ · m í2 . Aunque se trata de cerca de un tercio de la de la oc - topus piel, la energía necesaria para una grieta que se propaga un longitud dada a través del artefacto de la piel es mucho más alto que a través de las pieles de pulpo , como compos - la piel
ite es aproximadamente diez veces más gruesa.
Nilon / silicona L
Nilon / silicona T
la piel real
0.3
la piel real
8
7
6
5
0.2
4
3
0.1
2
cosidas juntas . El cilindro de vidrio cubierto de nylon a continuación, la hoja se presiona hacia abajo en el tubo exterior lleno con la mezcla de gel de silicona. Las posiciones de los dos cilindros -
dros fueron establecidos por la brida en la superficie superior de la soporte de cristal . La estructura de la piel en forma de tubo se sacó después de 4 horas . Los tubos de nylon / silicona se llenaron a continuación con Dow Corning 200 pruebas de fluidos y de tracción se llevaron a cabo AF -
terwards . Se sujetaron Los dos extremos de los tubos . Se muestra en la figura . 12 es un tubo de tal en virtud del 100 % elongaciones . Una curva de carga - deformación típica de un ensayo de tracción dis -
juega relación casi lineal entre un máximo de 60 % de colar , como se muestra en la figura . 13 .
( MPa )
0.4
301
1
0.0
0
30
60
90
Strain (% )
120
La figura . 11 El molde usado para hacer tubos de nylon / silicona. 0
150 La figura . 10 curvas de tensión-deformación de los ensayos de tracción en nylon / silicio com -
opuesto . Tabla 3 Propiedades mecánicas de los artefactos de la piel De material joven
módulo ( MPa ) Fallo deformación ( %) Último
estrés ( MPa ) Fractura dureza
( kJ · m I2)
Nylon / silicona L 0,15-,6 > 200 No fracasado 0.3
Nylon / silicona T 0,09-0,2 > 200 No fallaron 0.4
5 Ensayo de tubos de nylon / silicona llenos de líquido
La figura . 12 tubo de nylon / silicona llena de aceite a 100 % de elongación .
20
Velocidad de deformación 0.001
Velocidad de deformación 0.005
15
Según Kier y Smith [ 22 ] , la más importante
función biomecánica de la estructura músculo- hidrostatos , tales como el brazo de pulpo y trompa de elefante , es que su vol - ume mantiene constante. Las estructuras de brazo del pulpo
robot también debe mantener el volumen constante bajo de- formación . Antes de que el prototipo de la estructura músculo- tura del brazo está disponible , los volúmenes de los tubos hecha de material compuesto de nylon / de silicona rellena con un líquido fueron estudiado bajo carga de tracción .
Tubos cilíndricos de nylon / silicona se hicieron usando un molde formado por dos cilindros con una diferencia en diámetro de 2,74 mm . El diámetro y la longitud de la cilindro interior fueron 19.2 mm y 190 mm respectivamente. Se muestra en la figura . 11 es una foto del molde. hoja de Nylon
estaba envuelto primera vuelta de la varilla de vidrio cilíndrica y 10
5
0
0
20
40
60
80
Alargamiento ( % )
100
La figura . 13 de carga cambia con la elongación.
120Journal de Bionic Engineering ( 2011 ) Vol.8 No.3
302
Con el fin de mantener constante el volumen , la relación
entre la longitud y el diámetro del tubo como seguir
deben ser satisfechas :
L
4 C
,
ʌ D 2
( 2 )
donde L es la longitud del tubo , D es el diámetro de
tubo y C es una constante .
Se muestra en la figura . 14 son los diámetros medidos
cambiar con los alargamientos de dos tubos . El punteado
la línea es la relación teórica entre la longitud y el
diámetro calculado a partir de la ecuación . ( 2 ) . Se puede observar que el
datos de las pruebas están muy cerca del cálculo teórico
volumen de constante . Este resultado sugiere que si el
materiales en el interior de los tubos de mantener el volumen constante ,
el artefacto de la piel es lo suficientemente suave para permitir que para ser real
zado .
el modelo , que es 150 mm de largo y 20 mm de diámetro .
Debido a la simetría, sólo una cuarta parte del tubo era
simulado . El modelo se muestra en la figura . 15 . simétrico
se aplicaron las condiciones sobre los X e Y - ejes. Dis -
la colocación a lo largo del eje z se aplica a la piel elemento -
sólo mentos . Un modelo de material de Mooney fue seleccionado para
tanto en la piel y el fluido . Coeficientes constantes de la
material de la piel en el modelo se obtuvieron mediante expe -
datos mentales fitting ofrecidos por el paquete. Muy pequeño
vlores de constantes del material se utilizaron para el líquido
el interior del tubo . Detalles de los coeficientes son materiales
tabulados en la Tabla 4 . Para mantener el volumen constante y de alta
valores de los módulos a granel se utilizan tanto para la piel y
el fluido .
La figura . 15 modelo de elementos finitos del tubo de nylon / silicona lleno de líquido.
La figura . 14 Cambio de diámetro como una función de cambiar la longitud de
los tubos llenos con aceite vegetal .
6 Finite Element Analysis (FEA ) de simulación de
la prueba de tensión del tubo
Método de los elementos finitos es una herramienta muy útil para
diseño y desarrollo de productos . Se reduce el tiempo y
costar mucho como prototipos virtuales se pueden construir y
probado bajo diversas condiciones de carga . tensión crítica
y los niveles de tensión se pueden comprobar y mejorar la
diseño se puede hacer en consecuencia.
En este trabajo, se aplicó el análisis FEA para simular
la deformación de tubos de nylon / silicona rellenos de Dow
Corning 200 fluido ( Polydimethlysiloxane ) con viscosidad
en 500 cSt (mm2 · s I1 ) bajo carga de tensión a lo largo de su eje.
Paquete de elementos finitos Marc proporcionada por MSC Soft-
se utilizó Ware. Elemento sólido 3D fue seleccionada para construir
Tabla 4 Mooney constantes del material de artefacto de la piel y el líquido
dentro
C 20 C 30 Bulk
módulo
0.015 0.0287 0.0032 1e 5
0 2.623eí8 0 1e 4
C 10 C 01 C 11
Artefacto de la piel de aceite 0.01797 0.0113 silicona 1.96eí8 0
La figura . La figura 16 muestra la deformación del modelo de bajo
carga de tracción a lo largo de su eje . El volumen total del modelo
no cambia antes y después de la deformación . carga -
curvas de alargamiento obtenidos por el método de elementos finitos y ex -
pruebas experimentales se representan en la figura . 17 . Cargue la FEA
modelo se obtuvo mediante la suma de la fuerza de reacción
a lo largo del eje z de cada nodo en un extremo del modelo .
El resultado FEA concuerda muy bien con el experimental
una cuando el alargamiento es menor que 90 % . El diseño
especificación de la elongación de los brazos es de 60 % . Así ,
el modelo FEA representa el tubo de piel de cerca dentro de su
trabajo range.Hou et al : . Diseño de un tapiz Biomimetic para una Inspirado - Pulpo Robot- Parte II : Desarrollo del Artefacto Piel
Inc : 100
Hora: 1,000 E +00
1.500e 02
1.350e 02
1.200e 02
1.050e 02
9.000e 01
7.500e 01
6.000e 01
4.500e 01
3.000e 01
1.500e 01
í2.663eí22
Y
Z
X
La figura . 16 Deformación del modelo de elementos finitos del tubo bajo cargas de tracción
carga a lo largo de su eje .
303
volumen bajo alargamiento . Eso significa que la piel artificial
es lo suficientemente suave para permitir que las estructuras musculares sean
contenida en su interior para mantener la característica más importante de
hydrostat muscular. Un modelo FEA se ha desarrollado para
predecir la deformación de estos tubos bajo carga de tracción
a lo largo de su eje . El modelo será muy útil en el futuro
mejora del diseño de todo el brazo .
Sin sensores , el artefacto de la piel no puede funcionar
adecuadamente . También brazos de pulpo , suelen cargar con ventosas , que
se utilizan para la locomoción y la captura de presas . El trabajo futuro
se centrará en el desarrollo de sensores y
los retoños de los brazos de pulpo .
Agradecimientos
Los autores desean agradecer al Sr. Dirk Keeley,
El Sr. y la Sra. David Patrick Fearn Kate por su técnica
apoyo en este trabajo. Este trabajo era financieramente sup -
portado por la Comisión Europea en el marco del proyecto
número FP7 231608 y se agradece
aquí .
Referencias
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La figura . 17 Comparación entre las curvas de carga - elongación de un ny-
tubo de lon - silicona obtenido por la predicción FEA y experimental
las pruebas . [ 2 ] Suministros DM , sustitutos de la piel Boyce S T. Ingeniería : prácticas
7 Conclusiones y trabajo futuro [ 3 ] Liu XH , Smith LA, Hu J , Ma P X. Biomimetic nanofibras
Material compuesto flexible, suave hecha de tejidos de punto
nylon reforzado de goma de silicona se ha desarrollado para
imitar la piel pulpo. Los resultados de los ensayos de tracción mostraron
que el artefacto de la piel es mucho más suave que la piel pulpo .
La deformación a rotura del artefacto de la piel es mucho mayor que
que a partir de las especificaciones de diseño de los brazos de robot pulpo.
No se ha llegado fracaso para el artefacto piel bajo -
yendo más de 100 % de deformación . Los resultados de instrumentado
tijeras de corte de las pruebas indican que el artefacto tiene la piel
resistencia a la fractura alrededor de un tercio de esa prueba de verdad
piel pulpo. Como el artefacto de la piel es aproximadamente diez veces
más gruesa que la real , la energía necesaria para una grieta a
propagar una longitud dada a través de la piel de nylon / silicona
es mucho más alta que a través de la piel pulpo real.
Se hicieron Tubos de la artefacto de la piel y se llenan con
líquido. Los resultados de los ensayos de tracción de estos tubos de hasta
100 % de deformación mostró que mantenían constante
y los potenciales . Clínicas en Dermatología, 2005 , 23, 403-412 .
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