A Multipole Magnetoactive Elastomer for Vibration-Driven Locomotion

弹性体 磁场 多极展开 磁铁 振动 弯曲 材料科学 惯性 物理 声学 机械工程 经典力学 工程类 复合材料 量子力学
作者
Marius Reiche,Tatiana Becker,Г. В. Степанов,Klaus Zimmermann
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:10 (4): 770-784 被引量:2
标识
DOI:10.1089/soro.2022.0106
摘要

Smart materials such as magnetoactive elastomers (MAEs) combine elastic and magnetic properties that can be significantly changed in response to a magnetic field and therefore offer enormous potential for applications in both scientific research and engineering. When such an elastomer contains microsized hard magnetic particles, it can become an elastic magnet once magnetized in a strong magnetic field. This article studies a multipole MAE with the aim of utilizing it as an actuation element of vibration-driven locomotion robots. The elastomer beam has three magnetic poles overall with the same poles at the ends and possesses silicone bristles protruding from its underside. The quasi-static bending of the multipole elastomer in a uniform magnetic field is investigated experimentally. The theoretical model exploits the magnetic torque to describe the field-induced bending shapes. The unidirectional locomotion of the elastomeric bristle-bot is realized in two prototype designs using magnetic actuation of either an external or an integrated source of an alternating magnetic field. The motion principle is based on cyclic interplay of asymmetric friction and inertia forces caused by field-induced bending vibrations of the elastomer. The locomotion behavior of both prototypes shows a strong resonant dependency of the advancing speed on the frequency of applied magnetic actuation.

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