Power-Efficient Actuation for Insect-Scale Autonomous Underwater Vehicles

要約

わずかなウナギにインスパイアされたロボットの新しい進化、Vleibot ++、2つの10 mgの裸のハイワーク密度（HWD）アクチュエーターが駆動する900 mgのスイマーであり、その機能は形状メモリ合金の使用に基づいています
（SMA）ワイヤ。
このタイプのアクチュエーターは、空中操作中に約40 MWの平均電力を消費します。
カスタムビルドプリント回路基板（PCB）と11-MAH 3.7-V 507-MGシングルセルリチウムイオン（Li-ion）バッテリーを使用して、オンボードパワーと計算をVleibot ++に統合しました。
1回の充電で約20分間。
このロボットは、最大18.7 mm/s（0.46 bl/s）の速度で泳ぐことができ、これまでに開発されたオンボードパワー、作動、および計算を備えた最初のサブグラムマイクロスイマーです。
残念ながら、Vleibot ++プロトタイプを作動させるために採用されたアプローチは、水中のマイクロオクターチュアが典型的な10 mgのベアSMAベースのマイクロオクターチュアを必要とするため、水中での平均電力が必要です。
この問題に対処するために、同様の電力要件（平均して約80 MW）と作動性能（低周波数で約3 mm）で機能できる新しい13mgの電力効率の高い高性能SMAベースのマイクロオクター剤を導入します。
空気と水。
この設計は、熱系の熱伝達速度を受動的に制御する目的で微生物を駆動するSMAワイヤを囲む密閉された柔軟なエアカプセルの使用に基づいています。
さらに、この新しい電力効率の高いカプセル化されたアクチュエーターには、機能するには低電圧の励起（3〜4 V）と単純なパワーエレクトロニクスが必要です。
この論文で提示されたブレークスルーは、昆虫規模の自律水中車両（AUV）の作成への道を表しています。

要約(オリジナル)

We present a new evolution of the Very Little Eel-Inspired roBot, the VLEIBot++, a 900-mg swimmer driven by two 10-mg bare high-work density (HWD) actuators, whose functionality is based on the use of shape-memory alloy (SMA) wires. An actuator of this type consumes an average power of about 40 mW during in-air operation. We integrated onboard power and computation into the VLEIBot++ using a custom-built printed circuit board (PCB) and an 11-mAh 3.7-V 507-mg single-cell lithium-ion (Li-Ion) battery, which in conjunction enable autonomous swimming for about 20 min on a single charge. This robot can swim at speeds of up to 18.7 mm/s (0.46 Bl/s) and is the first subgram microswimmer with onboard power, actuation, and computation developed to date. Unfortunately, the approach employed to actuate VLEIBot++ prototypes is infeasible for underwater applications because a typical 10-mg bare SMA-based microactuator requires an average power on the order of 800 mW when operating underwater. To address this issue, we introduce a new 13-mg power-efficient high-performance SMA-based microactuator that can function with similar power requirements (approx. 80 mW on average) and actuation performance (approx. 3 mm at low frequencies) in air and water. This design is based on the use of a sealed flexible air-capsule that encloses the SMA wires that drive the microactuator with the purpose of passively controlling the heat-transfer rate of the thermal system. Furthermore, this new power-efficient encapsulated actuator requires low voltages of excitation (3 to 4 V) and simple power electronics to function. The breakthroughs presented in this paper represent a path towards the creation of insect-scale autonomous underwater vehicles (AUVs).

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