通过多物理场仿真开发微型机器人驱动技术分析.PDFVIP

相变驱动器 | MEMS 与机器人 CEA LIST ，法国 通过多物理场仿真 开发微型机器人驱动技术 法国原子能与可替代能源委员会的研究人员正在研究让微型机器人机械手臂变得更容易制造和 操作的方法。他们希望提供比目前外科手术所用器械更低廉的驱动器；终有一天，它会革新目 前手术台上所采用的的方式。 作者：LEXI CARVER 微创手术依赖于微型灵巧的工具， 价格适中的多功能机器人工具，减轻他 用石蜡，这种蜡烃类在受热从固体变为 及其可靠的驱动性与性能稳定。机器人 们在漫长手术中的痛苦。这种器械需要 液体时体积会膨胀 10-20% 。它与炭黑 器械已经进入手术室，协助外科医生 便宜、灵巧，能够在较大位移下产生高 粒子结合，产生了一种导电复合材料， 进行需要站立数小时的手术。但许多 驱动力，功耗小，并符合医疗标准。例如， 在电流通过时产生焦耳热。 机器人手术器械都极其昂贵、体积庞 高电压通常不安全，MRI 之类的设备周 Goldschmidtböing 的微型驱动器包 大，操作费力。法国原子能与可替代 围不能存在磁场。 含一个腔室，其中充满 2% 炭黑浓度的 能源委员会（ ，法国 研究了微型相变驱动器，它 导电石蜡，覆盖用于施加电流的硅膜和 CEA LIST Gif-sur- Rotinat Yvette ）系统与技术集成实验室的研究人 们可以通过材料从固态转变为液态时发 密封金属，并用电绝缘层隔开（见图 ）。 1 员 Christine Rotinat 正在寻求创造出一种 生的体积膨胀来提供运动和力。她需要 石蜡膨胀会导致硅膜向外弯曲，使驱动 替代品。 的材料要具有高膨胀率和抗逆性，并能 器发生运动。 在病患体温和管理阈值之间发生相变。 Rotinat 和她的团队评估了这种复 相变驱动改善外科医生的体验 Rotinat 测试了由 Goldschmidtböing 等人 合材料在 CEA LIST 微型驱动器中的力 Rotinat 的目标是为外科医生提供 发明的微型驱动器，这种微型驱动器使 学行为和控制方式（见图 ），她的同事 2 1 基于 Goldschmidtböing 等人工作的相变微型驱动器的原理图。 图 ： 41 | COMSOL NEWS | 2014 相变驱动器 | MEMS 与机器人 “我们可以轻松进行参数 化，更改驱动器高度、膜 厚度，以及蜡复合材料 模型。” Panagiotis Lazarou 在 COMSOL Multiphysics® 中建立了预测模型，用于优化设计。为 了仿真器件中复合材料的行为， 和 Rotinat Lazarou 基于 Goldschmidtböing 的微型驱动 器研究对他们的模型进行了调校。 使用多物理场仿真 预测驱动器的行为 LAZAROU 的仿真包含了几何、 热、机械和电气参数。“COMSOL 可以 3 验证模型与结果显示了金属片和石蜡的温度范围、石蜡中的应力，以及膜的挠度。 图 ： 直接耦合所有涉及的物理场，”他解释 说：“这是一个多物理场问题，具有非 线性的电导率、密度与比热容，以及不 断变化的粘度，所有这些都会影响弯 电导率分布式建模来近似模拟这种行为 生负担的优点。原型设计将在 2014 年 曲。”COMSOL 使他可以精确地研究每 （见图）。 完成，并在集成到机器人外