Bionic E-Trunk:基于自然模型的运动概念

Bionic E-Trunk

基于自然模型的运动概念

我们可以从大自然中学到什么?动物世界中的哪些能力可以用于工业应用?多年来,我们一直在仿生学习网络中研究这些问题。我们正在与多所高校、研究所和研发公司合作,开发基本技术原理基于自然界的研究平台。一个反复出现的话题是象鼻独特的运动功能。

仿生学习网络的气动先例

随着 Bionic Handling Assistant (2010)、BionicMotionRobot (2017) 和 BionicSoftArm (2019) 的问世,一系列轻量化气动机器臂应运而生。他们拥有柔性波纹管结构,可以轻松再现其自然模型的流动运动序列。在开发过程中,这些仿生机械臂的结构变得越来越紧凑,尺寸越来越小,调试速度越来越快。

电动微型模型

我们的开发人员与德国萨尔布吕肯的机电一体化和自动化技术中心合作,设计出结构精巧的 Bionic E-Trunk,进一步拓展了小型化的理念,首次通过电驱实现了自然的运动形式。

Bionic E-Trunk 由两个 140 毫米长的锥形部分组成。其核心包括一个由 3D 打印材料制成的结构和一个用于纵向稳定的超弹性杆。由一种特殊金属材料制成的金属丝,即所谓的形状记忆合金,排列在这个类似脊柱的核心周围。

Bionic E-Trunk 信息图

由形状记忆合金制成的人造肌腱

在温度的影响下,形状记忆合金有两种不同的结构:如果加热,例如通电时,金属丝会变短。而冷却后,它们“记得”以前的形状,并恢复到原始状态。因此,Bionic E-Trunk 能够在任何空间方向上以受控的方式单独弯曲。金属丝越细,温度上升就越快,再次冷却也越快,因此对其驱动方式的反应也越快。

受控的精细动作

在概念开发阶段,开发人员选择了一种类似于先前气动象鼻项目的设计。每段有三个金属丝束,每个金属丝束由两到四根单独的金属丝组成。因此,单独激活金属丝,即可在限定的方向上进行操纵。元件中的人造肌腱相互作用,Bionic E-Trunk 从而能够实现流畅且灵活的运动。

由于其自重仅为 12 克,象鼻可以通过形状记忆合金制成的驱动器轻松移动。与其他驱动原理相比,它们具有最高的力重量比。

Bionic E-Trunk:基于自然模型的运动概念

未工作时的初始位置:两段都处于初始位置(左)
最大曲率:通过电加热缩短金属丝(右)

潜在应用和潜在用途

当与微型抓手结合使用时,Bionic E-Trunk 可以用来抓取小物体。此外,该概念可用于生命科学领域的滴液流程。挠性气管可以连接到 Bionic E-Trunk 的侧面, 用于从容器中移除液体并填充其他容器, 或清洁有目标气流的封闭区域。

虽然这些气动先例专门用于演示如何以合适的方式抓取物体,但 Bionic E-Trunk 可以用于实现象鼻的其他功能,如吸入和输送液体或空气。