Придатність силіконової гуми м’якої робототехніки для досліджень земних і позаземних океанських світів
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2023.03.047Ключові слова:
екстремально рідкі середовища, м'яка робототехніка, маяки зв'язку, океанські світи, сенсорні панелі, тестування матеріалів/хімічних/електричних властивостей; Полімери та пластмасиАнотація
У роботі розглядаються відповідні механічні та хімічні властивості силіконової гуми ¾ Ecoflex ¾ для оцінки її придатності та стійкості для використання в створенні та подальшій експлуатації м’яких роботів-дослідників, а також як герметик для комунікаційних маяків, сенсорних блоків та іншої електроніки, що використовується в екстремальних планетарних рідких середовищах, таких як глибини океанів Землі та позаземні океанські світи. Деформація матеріалу в діапазоні температур, як показник довговічності експлуатації, була перевірена під різними кінцевими зусиллями затиску для кількох складових співвідношень. Діапазон температур, при якому силіконова гума залишається гнучкою, оцінювали для визначення її здатності до розгортання. Властивість повторного зв’язування затверділих зразків силіконової гуми з нещодавно затверділими зразками була досліджена на предмет її потенціалу для використання в м’якій робототехніці. Були вивчені стійкість до розчинення, неполярність і електронепровідність силіконової гуми, щоб оцінити її придатність як герметика електроніки для занурення в солону воду океану або інших насичених сольових середовищ, а також у вуглеводневі рідини. Особливу увагу в роботі приділено критичним аспектам силіконової гуми для використання в конструюванні, покритті та розгортанні майбутніх м’яких роботів-дослідників рідинного інопланетного життя: обрана силіконова гума Ecoflex є електронепровідним герметиком і гнучким м’яким робототехнічним матеріалом для температур вище -50 °C, придатним для розгортання в земних екстремальних водних середовищах. Крім того, ця робота закладає основу, хоча з іншими (силіконовими) каучуками/полімерами через значно нижчі температури, для роботизованого дослідження позаземних рідких середовищ в океанських світах, таких як вуглеводневі озера на Титані та ймовірні підповерхневі океани на Європі, Титані і Енцеладі.Посилання
Arienti, A., Calisti, M., Giorgio-Serchi, F., and Laschi, C., PoseiDRONE: Design of a soft-bodied ROV with crawling, swimming and manipulation ability, 2013 OCEANS - San Diego, pp. 1-7 (2013),
https://ieeexplore.ieee.org/document/6741155
Case, J.C., White, E.L., and Kramer, R.K."Soft material characterization for robotic applications, Soft Robot., vol. 2, no. 2, pp. 80-87 (2015),
https://doi.org/10.1089/soro.2015.0002
Cecilia, L., Barbara, M., and Matteo, C. Soft robotics: Technologies and systems pushing the boundaries of robot abilities, Sci. Robot., vol. 1, no. 1, p. eaah3690, Dec. 2016,
https://doi.org/10.1126/scirobotics.aah3690
Cianchetti, M., Laschi, C., Menciassi, A., and Dario, P. Biomedical applications of soft robotics, Nat. Rev. Mater., vol. 3, no. 6, pp. 143-153, (2018),
https://doi.org/10.1038/s41578-018-0022-y
De Coppet, L.C. "On the molecular depression of the freezing-point of water produced by some very concentrated saline solutions," J. Phys. Chem. 8 531-538 (1904).
https://doi.org/10.1021/j150062a001
EcoflexTM 00-30 Product Information | Smooth-On, Inc., (n.d.).
https://www.smoothon.com/products/ecoflex-00-30/ (accessed January 28, 2023).
Ecoflex Series, (n.d.). https://www.smooth-on.com (accessed January 28, 2023).
Fink, W., Dohm, J.M., Tarbell, M.A., Hare, T.M., Baker, V.R. 20 Years of Tier-Scalable Reconnaissance: Adoption of a Game-changing Mission Paradigm, IEEE Aerospace Conf Proc, paper #2886, Big Sky, MT (2022),
https://doi.org/10.1109/AERO53065.2022.9843542
/ Fink, W., Fuhrman, C., Nuncio Zuniga, A., and Tarbell, M. A Hansel & Gretel Breadcrumb-Style Dynamically Deployed Communication Network Paradigm using Mesh Topology for Planetary Subsurface Exploration, Advances in Space Research (under review) (2023)
https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.02.012
Katzschmann, R., Delpreto, J., Maccurdy, R., and Rus, D. Exploration of underwater life with an acoustically controlled soft robotic fish," Sci. Robot. 3 (2018).
https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3449
Lunine, J.I. Ocean worlds exploration, Acta Astronaut. 131 123-130 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.11.017
Majidi, C. Soft-Matter Engineering for Soft Robotics, Adv. Mater. Technol., vol. 4, no. 2, pp. 1800477- n/a, 2019,
https://doi.org/10.1002/admt.201800477
Marechal, L., Balland, P., Lindenroth, L., Petrou, F., Kontovounisios, C., and Bello, F. Toward a common framework and database of materials for soft robotics, Soft Robot. (2020),
https://doi.org/10.1089/soro.2019.0115
NASA's Europa Clipper Mission,
https://europa.nasa.gov/mission/about/ (accessed January 28, 2023).
NOAA, Office of Ocean Exploration and Research, (2011).
https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs/subs.html (accessed January 28, 2023).
Shepherd, R.F., Stokes, A.A., Nunes, R.M.D., and Whitesides, G.M. Soft machines that are resistant to puncture and that self seal," Adv. Mater. 25, 6709-6713 (2013)
https://doi.org/10.1002/adma.201303175
Sodium Chloride | The Merck Index Online, (2013).
https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m10004/sodium%20chloride?q=aut. (accessed January 28, 2023).
Why is the ocean salty?, (n.d.).
https://oceanservice.noaa.gov/facts/whysalty.html (accessed January 28, 2023).
Zhang, J., Tang, J., Hong, J., Lu, T., and Wang, H. LNCS 8917 - The Design and Analysis of Pneumatic Rubber Actuator of Soft Robotic Fish (2014).
