奧克蘭生物工程研究所和德累斯頓工業大學的研究人員最近設計了一種用于空間導航的新型充氣機器人。這些機器人在SPIE數字圖書館發表的論文中提出，是使用介電彈性體傳感器(DETs)制造的，這些傳感器基本上是由軟橡膠材料制成的電容器。

“目前的太空技術受到其質量和體積的限制。即使一公斤進入軌道也要花費數千美元，”進行這項研究的研究人員之一約瑟夫阿什比告訴TechXplore。“我們的研究旨在用更輕的智能材料替代品和充氣結構替代或增強現有技術。”

如果它們與充氣結構集成在一起，DETs可以幫助開發軟質和低質量的機器人，這些機器人具有高包裝效率并且易于部署。實際上，由于電場產生的麥克斯韋應力，DETs在施加電壓時會變形。

與傳統電動機不同，這些電容器使研究人員能夠產生各種運動和力，而無需復雜，重型的傳動機構。通過監測它們被拉伸時的電容變化，DET也可以用作應變傳感器。這意味著它們還具有自我感知優勢，而無需外部監測系統。

“由于它們完全由柔軟材料制成，DET結構可以與氣球類似地充氣，”Ashby解釋說。“這意味著它們可以在部署時形成大型結構，但可以預先打包到小空間，這使得它們成為太空應用的理想選擇，其中發射能力受到限制。”

在他們的研究中，Ashby和他的同事們研究了三種實驗設計的動作。在第一個設計中，機器人的圓頂驅動器由一塊帶有分段電極的硅橡膠制成。

第二種設計是類似的，但隨著穹頂致動器的伸長，以便通過分段的相位致動產生運動。最后，第三種是滾動圓柱形設計，其接縫幾何形狀，電極位置和成分各不相同，這使研究人員能夠實現多種共振和非共振運動。

“大規模地，通過允許從低質量，低容量的運載火箭部署能夠移動和/或自我結構健康監測的大型結構，我們將能夠擴展我們的太空探索能力，”Ashby說。“在較窄的焦點上，給予較小的衛星(越來越受歡迎)，部署和控制天線或陣列的機會將會大大改善其通信和電力設施。”

Ashby和他的同事使用市售的FEM軟件對他們的每個設計進行了建模，然后在模擬中對它們進行了充氣和驅動測試。盡管他們的實驗取得了可喜的成果，但機器人仍處于發展的早期階段。

由于他們的技術成為當前空間執行器的可行替代方案，研究人員仍然需要克服許多關鍵挑戰。例如，由于許多復雜的環境條件，迄今為止證明在空間中DET的操作是不切實際的。

“我們現在計劃繼續開發我們現有的原型，同時也為各種不同的應用探索其他可能的設計，”Ashby說。“我們還在努力開發屏蔽方法，以保護我們的機器人免受惡劣空間環境的影響。”