Nowe zastosowania FRP w robotyce
Polimery wzmocnione włóknem (FRP) mogą znaleźć zastosowanie w elementach robotów, w tym w przegubach, pozwalając na budowę konstrukcji przypominających transformery. Inspiracją dla badaczy były struktury origami, które cechują się kompaktowym przechowywaniem i efektywnym rozkładaniem – znane już z zastosowań w lotnictwie, architekturze czy medycynie.
Do tej pory eksperci wykorzystywali w tego typu projektach głównie papier, cienkie szkło czy polimery. FRP pozostawał słabo zbadany pod kątem precyzji i niezawodności procesu wytwarzania.
Nowa technologia wytwarzania kompozytów
Zespół z Uniwersytetu Narodowego w Pusan opracował proces dozowania wielu żywic epoksydowych, który umożliwia łączenie sztywnych i elastycznych żywic w jednej strukturze. Pozwala to na dokładne wzorcowanie właściwości mechanicznych w ramach jednej monolitycznej struktury.
Dr Dong Gi Seong, kierownik badań i profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii i Nauki o Polimerach, podkreśla:
- Nasza nowatorska i efektywna technika wytwarzania kompozytów umożliwia elastyczne zginanie przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wytrzymałości strukturalnej. To znaczący krok naprzód w stosunku do tradycyjnych technologii opartych na jednej żywicy i procesach manualnych – pozwala bowiem na selektywną kontrolę sztywności i elastyczności w obrębie jednej kompozytowej konstrukcji.
Właściwości i możliwości zastosowań
Naukowcy zademonstrowali potencjał swojej metody, wytwarzając strukturę origami w formie triangulowanego cylindra (TCO), co umożliwiło uzyskanie trwałych i wysokowydajnych kompozytów FRP. Uzyskane kompozyty osiągają moduł sprężystości przy zginaniu 6,95 GPa w częściach sztywnych oraz 0,66 GPa w sekcjach składanych. Minimalny promień gięcia poniżej 0,5 mm zapewnia dużą elastyczność i stabilność podczas wielokrotnych cykli obciążeń.
Gotowa struktura jest lekka, wytrzymała mechanicznie i zdolna do złożonych ruchów, takich jak wydłużanie, ściskanie, zginanie, skręcanie czy rozkładanie. Dzięki temu znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach.
Według dr. Seonga technologia ta może przyczynić się do przełomowych rozwiązań w nauce i inżynierii:
- w robotyce – do budowy przegubów czy elementów konstrukcyjnych robotów przypominających transformery, egzoszkieletów czy humanoidalnych stawów,
- w kosmonautyce – w rozkładanych panelach słonecznych, żaglach kosmicznych czy lekkich elementach nośnych,
- w elektronice – w podłożach i osłonach składanych i rolowanych urządzeń,
- w architekturze i budownictwie – przy projektowaniu namiotów, schronów wojskowych czy awaryjnych,
- w motoryzacji – w transformowalnych kołach pojazdów nowej generacji .
Szczegóły badań opublikowano w czasopiśmie Composites Part B: Engineering.
Źródło: The Engineer
