Design Automático de Atuadores de Elastômero Dieletrico Suave com Campos Elétricos Espaciais Otimizados

Atuadores de elastômero dieletrico (DEAs) são uma tecnologia de atuação promissora na robótica suave devido à sua grande deformação induzida por voltagem e rápida resposta. No entanto, a maioria dos paradigmas de design de DEA existentes é empírica ou intuitiva, carecendo de modelagem matemática e metodologia de otimização para explorar suas capacidades de atuação para tarefas de movimento prescritas. Neste artigo, apresentamos uma metodologia de design automático para maximizar o(s) deslocamento(s) de interesse dos DEAs por meio da otimização topológica dos campos elétricos espaciais (SEFs) aplicados. Nosso método é possibilitado pela integração do perfil de SEF livre capturado por conjuntos de nível implícitos e do modelo constitutivo de DEAs incorporando não linearidades geométricas e materiais e o efeito de acoplamento eletromecânico em um otimizador baseado em gradiente. Implementamos nosso método para movimentos de graus de liberdade (DOFs) simples e múltiplos de DEAs planos, e os SEFs otimizados demonstraram melhorar os deslocamentos de saída em mais de 75% em comparação com seus correspondentes intuitivos. Demonstramos ainda uma aplicação de prova de conceito na qual nossos DEAs de dois DOFs podem dirigir ativamente várias estruturas anfitriãs para alterar sua forma de chapas planas para configurações tridimensionais desejadas. No geral, nosso artigo representa o primeiro passo em direção ao design automático de DEAs suaves para diversas aplicações potenciais em máquinas e robôs suaves.