Projektstatus: Dieses Projekt ist abgeschlossen.
Der dielektrische ElastomerAktor (DE-Aktor), ein elektroaktives Polymersystem, besteht aus einem polymeren elektrischen Kondensator, welcher sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung grossflächig verformt. Im Projekt wird ein effizientes Herstellungsverfahren für sehr dünne, flexible und mehrlagige DE-Folien für den Einsatz als künstlicher Muskel entwickelt.
Hintergrund
Intelligente Materialien, welche sowohl Grösse als auch Form durch externe Anregung verändern können, stossen auf grosses Interesse in Technik und Anwendung. Neben den klassischen Ansätzen haben sich namentlich dielektrische Elastomer-Aktoren wegen ihrer effizienten, grossflächigen Verformungseigenschaften besonders hervorgetan. Sie sind besonders attraktiv als Aktoren mit muskelähnlichen mechanischen Eigenschaften sowie mit integrierter Sensorfähigkeit, welche auf elektrische Stimulation mit bedeutender Änderung von Grösse und/oder Form reagieren.
Ziel
Die Entwicklung eines dünnen, flexiblen DE-Aktors in gestapelter Konfiguration, welcher Kontraktionsbewegungen unter externer Zugkraft mit relativ niedriger Aktivierungsspannung (<600V) erzeugen kann, steht im Zentrum des Projekts. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Erarbeiten eines Herstellungsverfahrens von DE-Aktoren mit hoher Robustheit und Zuverlässigkeit.
Bedeutung
Das wissenschaftlich-technische Ziel ist eine Methodenlehre für die Herstellung, das Verarbeitungsverfahren und die dazugehörige Prozess-Überwachung einer grossen Anzahl (>1000) von dünnen (<20 µm) Aktorschichten in gestapelter Bauweise mit konstant hoher Qualität. Zur Qualität zählt insbesondere die elektrische Durchschlagsfestigkeit. Der neue Herstellungsprozess wird wesentlich zur praktischen Implementierung der berührungsfreien Beschichtung von Elektrodenmaterial auf der Oberfläche beitragen, also von weichen Elastomeren in einer dünnen, vielschichtigen Konfiguration. Dank umfangreicher Qualitätsprüfung und Charakterisierung des Mikrogefüges der dielektrischen Schichten werden quantitative Voraussagen sowie spezifische Präventionsmassnahmen des elektrischen Versagens der Aktoren ermöglicht.
Anwendung
Elektroaktive Polymer-Aktoren sind vielversprechende Kandidaten für das ambitionierte Ziel der Entwicklung von «künstlichen Muskeln», d.h. weiche Aktorsysteme für den Einsatz in Dienstleistungsrobotern sowie in anziehbaren und/ oder tragbaren Orthesen respektive Prothesen. Diese Aktoren sind als nachgiebige und preisgünstige Stellglieder auch in der Autoindustrie und im Maschinenbau als lärmfreier Antrieb geeignet. Im Speziellen sind sie als massgeschneiderte Aktorsysteme für den Antrieb taktiler Bildschirme oder prothetischer Körperglieder sowie für Roboterarme und Finger von Interesse.
Originaltitel: Fabrication of smart dielectric elastomer actuators for muscle-like actuation applications
Eckdaten und Publikationen zum Projekt
P3-Forschungsdatenbank
Scientific Summary
Executive Summary, English only (PDF, 380 KB)
Projektverantwortliche
- Dr. Gabor Kovacs, Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Mechanical System Engineering, Dübendorf
- Dr. Jörg Patscheider , Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Laboratory for Nanoscale Materials Science, Dübendorf