Modeling the Dynamics of Sub-Millisecond Electroadhesive Engagement and Release Times

要約

静電付着は、ソフト ロボットや触覚ユーザー インターフェイスで一般的に使用される、電気的に制御可能な切り替え可能な接着剤です。
低消費電力でさまざまな表面に強力な接着を形成できます。
ただし、文献に記載されている静電吸着クラッチは、従来の静電モデルが予測するよりも基板への係合と基板からの解放が数桁遅く、高帯域幅のアプリケーションでの有用性が制限されています。
私たちは、分極ダイナミクスと誘電体と基板の間の接触力学を考慮に入れて、静電付着のための新しい電気機械モデルを開発します。
私たちは、さまざまな設計パラメーターが金属基板に対する静電吸着クラッチの係合時間と解放時間にどのような影響を与えるかをシミュレーションと実験で示します。
特に、より高い駆動周波数とより狭い基板アスペクト比により、大幅に高速なダイナミクスが可能になることがわかりました。
我々は、エンゲージメント時間が 15 マイクロ秒未満、リリース時間が 875 マイクロ秒という短い設計を実証しました。これは、先行文献で見つかった最良の時間よりも、それぞれ 10 倍と 17.1 倍高速です。

要約(オリジナル)

Electroadhesion is an electrically controllable switchable adhesive commonly used in soft robots and haptic user interfaces. It can form strong bonds to a wide variety of surfaces at low power consumption. However, electroadhesive clutches in the literature engage to and release from substrates several orders of magnitude slower than a traditional electrostatic model would predict, limiting their usefulness in high-bandwidth applications. We develop a novel electromechanical model for electroadhesion, factoring in polarization dynamics and contact mechanics between the dielectric and substrate. We show in simulation and experimentally how different design parameters affect the engagement and release times of electroadhesive clutches to metallic substrates. In particular, we find that higher drive frequencies and narrower substrate aspect ratios enable significantly faster dynamics. We demonstrate designs with engagement times under 15 us and release times as low as 875 us, which are 10x and 17.1x faster, respectively, than the best times found in prior literature.

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