Kilovolt Pyroelectric Voltage Generation and Electrostatic Actuation With Fluidic Heating

要約

統合されたマイクロ発電機は、マイクロ ロボット プラットフォームがアンテザード動作を実証し、自律性を達成するために重要なコンポーネントです。
現在のマイクロロボット静電アクチュエータは通常、十分な仕事量を出力するために数百から数千の電圧を必要とします。
焦電気は、小さなフォームファクターに拡張できる高電圧源の 1 つです。
この論文では、結晶を熱水と冷水 (水温 300℃ ～ 900℃) に交互にさらすことにより、kV アクチュエータに電力を供給する分散型焦電高電圧発生メカニズムを実証します。
この流体温度制御を使用して、焦電的に生成された 2470 V の電圧が 2 pF の蓄積コンデンサに供給され、6.10 {\μ}J の蓄積エネルギーが得られました。
最大 17.46 {\μ}J のエネルギーが 861 V で 47 pF のコンデンサに供給されました。再循環水を使用して分散配置されたコンバータを加熱し、遠く離れたロボット アクチュエータ セクションで発電することができます。
この分散システムの開発により、繋がれていないマイクロロボットを柔軟な体でバッテリーの充電なしで操作できるようになり、現実世界での応用が前進します。

要約(オリジナル)

Integrated micro power generators are crucial components for micro robotic platforms to demonstrate untethered operation and to achieve autonomy. Current micro robotic electrostatic actuators typically require hundreds to thousands of voltages to output sufficient work. Pyroelectricity is one such source of high voltages that can be scaled to small form factors. This paper demonstrates a distributed pyroelectric high voltage generation mechanism to power kV actuators using alternating exposure of crystals to hot and cold water (300C to 900C water temperature). Using this fluidic temperature control, a pyroelectrically generated voltage of 2470 V was delivered to a 2 pF storage capacitor yielding a 6.10 {\mu}J stored energy. A maximum energy of 17.46 {\mu}J was delivered to a 47 pF capacitor at 861 V. The recirculating water can be used to heat a distributed array of converters to generate electricity in distant robotic actuator sections. The development of this distributed system would enable untethered micro-robot to be operated with a flexible body and free of battery recharging, which advances its applications in the real world.

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