Исследователи из (Дармштадт, Германия) разработали устройство на базе электроактивного эластомера, которое может либо полностью гасить вибрацию, либо приглушать её, получая при этом электроэнергию.
Новое устройство очень тонко и может применяться как шумо- и виброизолирующая прокладка в самых разных областях. (Иллюстрация Ursula Raapke.)
Обычно называют полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокой эластичностью. Они могут растягиваться до размеров, во много раз превышающих их начальную длину, и затем, после снятия нагрузки, возвращаться к исходным параметрам. Эластомерами являются полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен и полиуретаны.
Однако нынешние эластомеры хотя и применяются для смягчения вибраций, но работают при этом пассивно: растягиваясь, они поглощают часть энергии вибрации, одновременно нагреваясь. При этом происходит их термическое старение, но полного гашения вибрации добиться не удаётся.
Немецкие исследователи обратилась к электроактивным эластомерам, которые увеличиваются в объёме при приложении к ним электрического тока. В робототехнике они уже десятилетие используются в качестве «искусственных мускулов», актуаторов, обеспечивающих мелкую моторику манипуляторов.
На базе электроактивных эластомеров было создано многослойное устройство, в котором множество слоёв таких полимеров было подсоединено к металлическим электродам, по которым подавался ток, управляющий сокращением и расширением полимера. При приложении тока с частотой, которая совпадала с частотой вибрации, прилагавшейся к устройству в ходе эксперимента, полимер увеличивался в размерах в такт вибрациям и практически полностью гасил их. В противовес обычным «пассивным» эластомерам, лишь реагирующим на вибрацию, новый исследователи назвали «активным».
Однако и активный эластомер может быть настроен на пассивную реакцию на прилагаемую вибрацию. Если ток не воздействует на разработанное устройство, то вибрация, при которой эластомерные слои периодически сокращаются, вызывает появление электрического тока в электродах, причём мощность его прямо пропорциональна частоте и силе вибраций. При этом вибрации гасятся даже в несколько большей степени, чем обычными эластомерами, используемыми сегодня, например в опорах автомобильных двигателей. Дело в том, что новое устройство поглощает энергию вибраций, не только рассеивая её в себе, но и преобразуя часть вибраций в электричество. Количество вырабатываемой энергии невелико, но, по мнению авторов, её хватает для питания удалённых сенсоров, которые находятся в местах, где исключено питание от сети (датчики вибрации в опорах мостов и иных ответственных конструкций).
Самым сложным элементом устройства оказались электроды, поскольку они не должны повреждать эластомеры при деформации (металл, встроенный в пластик, при деформации может проделать в последнем отверстие). Лишь электроды в виде металлических пластин с большой площадью сечения равномерно распределяли нагрузки по поверхности эластомеров, не угрожая им разрушением.
В качестве возможных областей применения разработчики рассматривают установку активных эластомеров в опорах двигателя и амортизаторах автомобилей, а также использование их в автономных источниках электропитания для систем удалённого мониторинга.
Комментариев нет:
Отправить комментарий