A light-powered liquid crystal elastomer semi-rotary motor

旋转(数学) 转子(电动) 软机器人 旋转发动机 转速 材料科学 控制理论(社会学) 机械工程 机械 声学 工程类 执行机构 计算机科学 物理 电气工程 人工智能 控制(管理)
作者
Kai Li,Qian Pei,Haoyu Hu,Yao Dai,Dali Ge
出处
期刊:International Journal of Solids and Structures [Elsevier]
卷期号:284: 112509-112509
标识
DOI:10.1016/j.ijsolstr.2023.112509
摘要

Self-excited oscillators are characterized by active energy harvesting from the stable external environment, autonomy and portability, which allow them to act as engines to drive other working devices. Taking inspiration from the pump drill, a semi-rotary motor consisting of a motor rotor and three liquid crystal elastomer (LCE) fibers is constructed in this paper, which can realize self-rotation under stable illumination. Considering the existing twisted wire model and the dynamic LCE model, a nonlinear dynamics model for the semi-rotary motor under stable illumination is established. Numerical calculations witness the existence of two motion modes for the semi-rotary motor under stable illumination, namely the static mode and the self-rotation mode. Under stable illumination, the light-driven contraction of twisted segments in LCE fibers for the winding state can trigger the self-rotation and maintain the continuous periodic motion through the interrelationship between optical energy and damping dissipation. The critical conditions required to trigger the self-rotation are also investigated in detail, as well as the crucial system parameters affecting the self-rotation frequency and amplitude. The proposed self-rotating semi-rotary motor has a simple structure, customizable dimensions and high speed, prompting its potential use in soft robots, energy harvesters, and micro-machines.

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