Осознает: Недопустимое название — Викисловарь

Не использовать понять , чтобы сказать, что кто-то что-то узнает. Не говорите, например, «Пока он не перестал работать, он не понимал, как поздно».Вы говорите: «Пока он не перестал работать, он не осознавал , как поздно».

Как только я его увидел, я понял, что видел его раньше.

Collins COBUILD Английский Использование © HarperCollins Publishers 1992, 2004, 2011, 2012

реализация

ImperativePresentPreterutPreditional Continuous Perfectresent

Collins English Verb Tables © HarperCollins Publishers

реализовать — англо-испанский словарь — WordReference.com

Как IBM реализует бизнес-аналитику IBM с помощью Big Data Press (Big Data Press и Big Data Press) ): Дитрих, Бренда Л., Плачи, Эмили К., Нортон, Морин Ф .: 9780133833034: Amazon.com: Книги

Д-р Эмили С. Плачи — заслуженный инженер по трансформации бизнес-аналитики, отвечающая за расширение использования аналитики в IBM. На протяжении всей своей карьеры она интегрировала анализ данных в свою работу. С момента прихода в IBM в 1982 году она занимала ряд руководящих должностей в технической сфере, включая технический директор, процессы, методы и инструменты в IBM Global Business Services (GBS), обеспечивая лидерство в области архитектуры и технологий и способствуя внедрению согласованных методов и инструментов в GBS, и технический директор, Enterprise Integration, GBS, обеспечивающий лидерство в области архитектуры и технологий.Она также занимала различные должности в IBM, включая разработку, рекламные технологии, исследования, новые бизнес-возможности, технические продажи и услуги. Ее технологические навыки включают интеграцию данных, интеграцию предприятия, архитектуру решений, разработку программного обеспечения и повторное использование активов. Она имеет опыт работы в различных отраслях, включая банковское дело, потребительские товары, розничную торговлю, телекоммуникации, здравоохранение и нефтяную промышленность. Она имеет степень бакалавра прикладной математики Вашингтонского университета, степень магистра компьютерных наук Университета Ватерлоо и степень доктора компьютерных наук Вашингтонского университета.В 1992 году Эмили была избрана в Академию технологий IBM, в которую входят около 1000 ведущих технических руководителей IBM, и она занимала пост президента с 2009 по 2011 год. Она долгое время поддерживала интересы женщин в сфере технологий. Она является членом Международной организации женщин в технологиях, Общества женщин-инженеров и ИНФОРМС. Эмили живет в Нью-Йорке со своим мужем Тони. Она есть в Twitter @eplachy и в LinkedIn по адресу http://www.linkedin.com/pub/emily-plachy/3/1bb/777.

Морин Фицджеральд Нортон , MBA, JD, является выдающимся специалистом в области рыночной аналитики и исполнительным менеджером программы трансформации бизнес-аналитики, отвечающей за широкое распространение аналитики в IBM.Она была пионером в разработке коммуникационной стратегии, ориентированной на результат, чтобы изменить культуру, необходимую для внедрения аналитики. Морин создала тематические исследования по аналитике и инновационные учебные упражнения для преподавания аналитики. Она соучредила семинар по инновационной аналитике и обучала студентов MBA в Европе и на Ближнем Востоке. На своей предыдущей должности Морин руководила проектными группами, применяющими аналитику к инициативам IBM Smarter Planet в области общественной безопасности, глобальных социальных услуг, торговли и мерчендайзинга, специализируясь на анализе затрат / выгод и окупаемости инвестиций в аналитические проекты.Морин стала первой женщиной в IBM, удостоенной звания выдающегося специалиста по анализу рынка за разработку новаторских подходов к решению бизнес-проблем и пробелов в знаниях с помощью анализа. Она занимала ряд аналитических и управленческих должностей в IBM. Она получила степени бакалавра и магистра делового администрирования в Университете Нью-Хейвена и степень доктора права в Школе права Университета Коннектикута. Она является лицензированным юристом и защитила диссертацию по юридическим последствиям использования искусственного интеллекта.Она живет в Коннектикуте со своим мужем, доктором Уильямом Нортоном, и тремя детьми, Эрин, Коллин и Уильямом. Она имеет двойное гражданство США и Ирландии. В дополнение к Analytics Across the Enterprise , Морин опубликовала «Преимущества аналитики социальных сетей 2013» с Технологической академией IBM и «Аналитика социальных сетей: измерение ценности для предприятий и отраслей» в журнале Journal of Management Systems . Морин есть в Twitter @mfnorton и в LinkedIn по адресу http: // www.linkedin.com/in/maureennorton/.

Реализация почти бездисперсионных полос с сильной орбитальной анизотропией из-за деструктивной интерференции в скрученном бислое MoS2

С поддержкой, близкой и далекой, Симона Байлз понимает, что она «больше, чем мои достижения» после выхода

Симона Байлз опубликовала в социальных сетях в среду вечером, что излияние любви и поддержки, которые она получила после своего ухода на Олимпиаду, заставило ее «понимаю, что я больше, чем мои достижения и гимнастика, в которые я никогда не верил.

Ранее на этой неделе Байлз отказалась от участия в индивидуальном многоборье в четверг на Играх в Токио, чтобы сосредоточиться на своем психическом благополучии. Решение было принято после того, как Байлз также удалилась из командного финала после одной ротации в опорном прыжке. Она В разговоре с представителями средств массовой информации после конкурса она назвала свое психическое здоровье причиной.Опираясь на свой личный опыт, сократив турне, чтобы позаботиться о своем психическом здоровье, Бибер сказал: «Никто никогда не поймет, с каким давлением вы сталкиваетесь! Я знаю, что мы не знаем друг друга, но я так горжусь решением «Это так же просто, как — что значит получить мир, но лишиться своей души», — писал он.

излияние любви и поддержки, которые я получил, заставило меня осознать, что я больше, чем мои достижения и гимнастика, в которые я никогда не верил раньше.🤍

— Симона Байлз (@Simone_Biles) 29 июля 2021 г.

«Нет сильнее, чем да», — добавил он. «Когда то, что вы обычно любите, начинает красть вашу радость, важно сделать шаг назад, чтобы понять, почему».

Симона также поделилась другим постом фитнес-тренера Андреа Оррис, в котором Оррис подробно рассказала о многочисленных достижениях Байлза и выразила гнев на людей, которые назвали Байлза «слабым» из-за того, что он бросил курить.

«Для негимнасток — тот факт, что она отказалась в воздухе и случайно сделала 1.5 в ее первом хранилище вместо 2,5 — это большое дело. Это ужасно. «Она могла быть серьезно травмирована, потерявшись в таком воздухе», — написала Оррис. участвовала в трех Олимпийских играх, а также высоко оценила решение Байлз поставить свое психическое здоровье на первое место.

Реализация потенциала искусственных мышц из диэлектрического эластомера

Значение

Для создания новых роботов, которые могут безопасно взаимодействовать с людьми при выполнении сложных задач, нам необходимы искусственные мышцы.В идеале эти устройства должны быть полностью мягкими, такими же сильными, как естественные мускулы, и питаться от электричества для легкой интеграции с остальной частью робота. Мы нашли решение материалов, основанное на проверенной технологии — мягкий конденсатор из диэлектрического эластомера, который деформируется при приложении электрического поля. Используя уникальную комбинацию наноразмерных проводящих частиц и мягких эластомеров, мы можем применять сильные электрические поля и достигать силы сокращения на уровне естественных мускулов. Возможные варианты использования включают новые хирургические инструменты, протезы и протезы, тактильные устройства и более способные мягкие роботы для исследований.

Abstract

Мягкая робототехника представляет собой новый набор технологий, направленных на работу в естественной среде и рядом с человеческим телом. Чтобы взаимодействовать с окружающей средой, мягким роботам требуются искусственные мускулы для приведения в действие движения. Эти искусственные мышцы должны быть такими же сильными, быстрыми и крепкими, как и их естественные аналоги. Приводы из диэлектрического эластомера (DEA) являются многообещающими мягкими преобразователями, но обычно демонстрируют низкие выходные усилия и низкую плотность энергии при использовании без жестких опор.Здесь мы сообщаем о мягком композитном DEA, сделанном из упрочняющих деформацию эластомеров и электродов из углеродных нанотрубок, который демонстрирует пиковую плотность энергии 19,8 Дж / кг. Результат близок к верхнему пределу для естественных мышц (0,4–40 Дж / кг), что делает эти DEA самыми эффективными мягкими искусственными мышцами с электрическим приводом, продемонстрированными на сегодняшний день. Для получения высоких сил и смещений мы использовали сверхтонкие электроды из углеродных нанотрубок с низкой плотностью, которые могут выдерживать приложенные электрические поля до 100 В / мкм без пробоя диэлектрика.Возможные области применения включают протезирование, хирургических роботов и носимых устройств, а также мягких роботов, способных передвигаться и манипулировать в естественной или ориентированной на человека среде.

Мягкая робототехника — это зарождающееся подразделение робототехники с широким спектром приложений (1–3), от носимых и реабилитационных устройств (4) до новых хирургических инструментов (5), а также биомиметических роботов для поиска, спасения и т. Д. и разведка (6, 7). Фундаментальной задачей при разработке этих роботов является создание эффективных исполнительных механизмов для деформации мягкого тела для выполнения движений, манипуляций или других задач (8, 9).Золотым стандартом для приведения в действие мягкого тела являются естественные мышцы (10), которые демонстрируют высокую плотность энергии (0,4–40 Дж / кг), широкий диапазон частот (1–200 Гц) и большие напряжения (5–30%). ). С момента их первоначальной разработки приводы из диэлектрического эластомера (DEA) (11⇓ – 13) были провозглашены искусственными мышцами, но ограничения материала обычно вынуждают пользователя выбирать между действительно мягким приводом, который демонстрирует низкую плотность энергии (14), и энергосберегающим. плотный привод с несколькими жесткими компонентами (15).По сути, DEA работают как совместимые конденсаторы, в которых диэлектрический эластомер деформируется в ответ на приложенное электрическое поле. В этой работе мы описываем, как при тщательном выборе и обработке материала DEA можно заставить работать как сильную искусственную мышцу, не требуя каких-либо жестких компонентов.

В этой работе мы реализуем давнюю концепцию DEA как полностью мягких, электрически энергоемких искусственных мышц (рис. 1 A и B ). Однопленочные диэлектрические эластомеры обычно тонкие, чтобы минимизировать напряжение срабатывания, что приводит к небольшим выходным усилиям (<10 мН) и ограниченным применениям.Чтобы достичь желаемых сил (> 10 Н) и смещения (> 1 см), нам нужно сложить несколько слоев. Здесь мы основываемся на нашей более ранней работе, которая объединила отверждаемые УФ-излучением эластомеры, повышающие деформацию (16), с перколяционными электродами на основе ультратонких углеродных нанотрубок (17) для создания многослойных, надежных и полностью мягких исполнительных механизмов. Использование усиливающих деформацию эластомеров в многослойной конфигурации позволяет обойтись без предварительного растяжения эластомера (18), что в противном случае сводит на нет преимущества мягкого исполнительного механизма, окружая его жесткой рамой.Без жестких ограничений DEA можно превратить в линейные сжимающие и расширяющие приводы (19), чтобы имитировать функцию естественных мышечных волокон (20) и мышечных гидростатов (21) соответственно. Эти линейные приводы также служат простыми, но надежными инструментами для измерения механической деформации и, следовательно, количественной оценки плотности энергии, а также других физических и электрических свойств. Диапазон напряжений в разных типах мышц животных довольно постоянен (5–10%), но плотность мощности и энергии зависит от типа передвижения (22).Например, плотность энергии колеблется от 0,4 Дж / кг для плавающего окуня при 4 Гц, до 6 Дж / кг при 25 Гц для мускулов полета саранчи, до 40 Дж / кг для бегущей крысы при 7,5 Гц (23 ⇓ – 25). С целью создания искусственных мышц из диэлектрического эластомера, которые достигают такой же плотности энергии и ширины полосы, что и естественные мышцы, мы стремились к следующей комбинации возможностей привода: ( i ) продемонстрировать линейное сокращение или расширение в полностью мягких DEA, ( ii ) соответствие способность к деформации и плотность энергии естественной мускулатуры и ( iii ) максимизировать скорость деформации для достижения вязкоупругих пределов эластомерного материала.

Этапы изготовления и характеристики поломки. ( A и B ) Демонстрация мышечного срабатывания. Сжимающийся DEA используется для приведения в действие полимерной копии костей руки человека с механикой, аналогичной человеческой двуглавой мышце. Металлические проволоки служат жесткими звеньями для соединения DEA с костью. ( C ) Сжимающийся привод, показывающий несколько наборов активных элементов (темно-серый), чередующихся с пассивными элементами (светло-серый) для улучшения сцепления.( D ) Увеличенное изображение шести верхних стопок в сжимающемся приводе. Каждый пакет состоит из 25 отдельных слоев диэлектрического эластомера, каждый толщиной примерно 30 мкм; электроды выполнены чернилами B с поверхностной плотностью 15,59 мкл / см2. ( E ) Последовательность изготовления дисковых приводов, используемых при испытаниях на отказ. ( F ) Поле разбивки привода диска в зависимости от концентрации использованных чернил A показано левой осью y . Расчетная площадь покрытия УНТ как функция концентрации используемых чернил, основанная на изображении SEM, указана правой осью y .Результаты показывают, что более низкие поверхностные плотности УНТ снижают вероятность пробоя диэлектрика. Заштрихованная область слева от отметки 9 мкл / см2 указывает на то, что деформации не наблюдали ни при каком приложенном поле. Пунктирная линия соответствует полю пробоя при использовании обычной угольной смазки в качестве электрода, определенной собственными силами. Каждая точка данных соответствует среднему полю разбивки пяти различных образцов. Полоса ошибок соответствует SD набора данных. ( G ) Поле пробоя как функция модуля Юнга эластомера при двух различных поверхностных плотностях чернил A.Результаты показывают, что поверхностная плотность УНТ определяет начало пробоя диэлектрика, а не жесткость эластомера. Каждая точка данных соответствует среднему полю разбивки пяти различных образцов. Полоса ошибок соответствует SD набора данных.

Для достижения этих целей мы оптимизировали состав электродов и многослойную обработку, чтобы выдерживать высокие приложенные электрические поля без начала деструктивного пробоя диэлектрика. Чтобы понять эту мотивацию в количественном выражении, для небольших деформаций, наравне с деформациями, наблюдаемыми в естественных мышцах (<20%), деформацию в линейной DEA можно аппроксимировать как s = ϵE2 / Y, где ϵ - диэлектрическая проницаемость эластомера, Y - модуль Юнга эластомера, а E - приложенное электрическое поле.Как было продемонстрировано ранее (17), эластомеры, используемые в этой работе, демонстрируют линейное поведение в диапазоне представляющих интерес деформаций. В первом порядке плотность упругой энергии деформированного эластомера может быть аппроксимирована как Ue = s2Y / 2, что приводит к Ue = ϵ2E4 / 2Y, что означает, что плотность энергии очень чувствительна к приложенному электрическому полю. Кроме того, нам нужны тонкие электроды, чтобы максимально увеличить объем, занимаемый эластомером в конечном устройстве.

УНТ удовлетворяют требованию высокой проводимости при малой толщине (26, 27) и могут быть легко интегрированы в многослойный актуатор.Другие рассматриваемые электродные материалы были слишком толстыми [например, гидрогели (28) и ионогели (29, 30)], недостаточно проводящими [например, смятый графен (31)] или трудными для интеграции в многослойный исполнительный механизм (например, смятый металл (32). )]. Основным недостатком УНТ является раннее начало пробоя диэлектрика (33) по сравнению с более традиционными электродами, такими как угольная смазка. В более ранней работе (34) было показано, что пробой диэлектрика происходит при малых деформациях (<20%) до начала деформационного упрочнения эластомера.Мы предположили, что причина преждевременного пробоя диэлектрика связана с неоднородным распределением УНТ, вызывающим высокие концентрации электрического поля. Основываясь на этой гипотезе, мы исследовали связь между поверхностной плотностью УНТ и началом диэлектрического пробоя.

Более низкая поверхностная плотность УНТ в электродах может увеличить сопротивление листа, что, в свою очередь, увеличивает постоянную времени RC исполнительного механизма (постоянную времени цепи, состоящей из резистора и конденсатора). Скорость отклика DEA ограничена либо тем, как быстро заряжается совместимый конденсатор, либо тем, насколько быстро эластомер может деформироваться в ответ на создаваемое напряжение Максвелла между электродами.Мы стремились найти электроды с достаточно низким сопротивлением листа, чтобы деформация ограничивалась вязкоупругостью эластомера. В результате ключевые показатели производительности привода (то есть плотность энергии и полоса пропускания) можно систематически изменять, настраивая различные свойства материала (т.е. поле разрушения и вязкоупругость эластомера, соответственно).

Результаты

Для проверки гипотезы о том, что поле пробоя зависит от поверхностной плотности нанотрубок, мы изготовили многослойные дисковые актуаторы с разным количеством УНТ и измерили поле пробоя диэлектрика в каждом из них.Схема дискового привода и многослойной процедуры показана на рис. 1 F . Дисковые исполнительные механизмы были изготовлены путем многократного нанесения покрытия центрифугированием и УФ-отверждения прекурсоров акриловых эластомеров, чередующегося с штамповкой электродов из поддерживающей несущей пленки. Электроды были изготовлены путем фильтрации чернил УНТ на водной основе, разбавленных изопропанолом, через фильтры из политетрафторэтилена (ПТФЭ), используемые в качестве несущих пленок. Мы сохранили постоянными площадь фильтра (9,62 см2) и концентрацию чернил (определяемую оптической плотностью, с коэффициентом пропускания, равным 17% при 550 нм).Чтобы систематически изменять поверхностную плотность УНТ, мы варьировали количество используемых чернил (50–600 мкл), в результате чего поверхностная плотность составляла от 5,19 до 62,37 мкл / см2. Мы использовали две разные чернила: чернила A содержали функционализированные УНТ, диспергированные в воде (средний диаметр = 5 нм), а чернила B содержали УНТ, покрытые поверхностно-активным веществом, диспергированные в воде (средний диаметр = 10 нм). Поверхностно-активные вещества, используемые для стабильной дисперсии очищенных УНТ в чернилах B при высоких концентрациях в воде, могут быть удалены при низких температурах с помощью процесса нагрева (2 часа при 120 ° C) после осаждения.Многослойный процесс изготовления позволил нагревать электроды на несущих пленках из ПТФЭ, что устраняет необходимость подвергать эластомер воздействию высоких температур. Приводы, изготовленные с использованием двух чернил в различных количествах, испытывали при увеличивающихся электрических полях, как подробно описано в Приложении SI , до тех пор, пока не произошел пробой диэлектрика.

Оптимизация электродов CNT.

Результаты показали, что для обеих красок существует желательная область с низкой поверхностной плотностью УНТ (7.79–15.59 мкл / см2), в которых пробой происходит в сильных электрических полях. Уменьшение поверхностной плотности УНТ увеличило поле диэлектрического пробоя до уровней выше, чем у более обычных электродов с углеродной смазкой (рис. 1 F ). Аналогичные эффекты наблюдались для обоих типов использованных чернил ( SI Приложение , рис. S1 A ). Было обнаружено, что начало пробоя диэлектрика приблизительно обратно пропорционально площади покрытия (рис. 1 F ). Сканирующая электронная микроскопия (SEM) УНТ, диспергированных на фильтрах из ПТФЭ ( SI Приложение , рис.S1 B — J ) показали, что по мере увеличения площади покрытия электрода с 30% при поверхностной плотности 5,59 мкл / см2 до ∼70–90% выше 20,79 мкл / см2. Однако электроды неоднородны: участки плотных УНТ образуются с плотностью ~ 10,39 мкл / см2, в то время как некоторые области остаются почти свободными от УНТ. К нашему удивлению, увеличение модуля эластомера в 10 раз (за счет дополнительного сшивающего агента в предшественнике эластомера) не так сильно повлияло на вероятность разрушения, как увеличение поверхностной плотности УНТ в 3 раза (рис.1 G ). СЭМ-изображение электродов на пленках из ПТФЭ для переноса показывает, что неоднородность может быть связана с агрегацией в порах фильтра ( SI Приложение , рис. S2 A и C ). Микроструктура сохраняется после переноса электрода на эластомер ( SI Приложение , рис. S2 B и D ). В целом результаты показывают, что процесс дает контроль над поверхностной плотностью УНТ, что, в свою очередь, позволяет приводить в действие более высокие электрические поля, чем продемонстрировано ранее.

Хотя низкая поверхностная плотность электродов из УНТ снижает вероятность преждевременного пробоя, это может привести к плохим электромеханическим характеристикам из-за низкого покрытия поверхности эластомерами. Чтобы количественно оценить влияние поверхностной плотности УНТ на механические характеристики, мы построили приводы валков (35) и измерили их линейное смещение в осевом направлении (рис. 2 A ). Расширяющийся актуатор состоял из 15 слоев эластомера (6 × 1 см) и электродов с низким (15,59 мкл / см2) или высоким (46.77 мкл / см2) поверхностной плотности чернил B. Исполнительные механизмы были испытаны путем приложения возрастающих шагов напряжения при измерении смещения исполнительного механизма и потребляемого тока. При первоначальном испытании до 2 кВ электроды с более высокой поверхностной плотностью потребляли более высокие токи, чем электроды с низкой поверхностной плотностью ( SI Приложение , рис. S3 A — C ), при этом показывая меньшие смещения. В последующем испытании такое же поведение наблюдали только тогда, когда приложенное напряжение было самым высоким из когда-либо приложенных к устройству (2–2.Область 5 кВ; SI Приложение , рис. S3 D — F ). Поведение повторилось, когда приводы были впервые заряжены до 3 кВ (рис. 2 B , D и F ). Для сравнения, потребление тока было аналогичным на 20-м цикле (рис. 2 C , E и G ), в то время как смещение было значительно меньше для электродов из УНТ с высокой поверхностной плотностью. Выравнивание в потребляемом токе предполагало, что механизм самоочищения происходил во время начальной зарядки исполнительных механизмов (36).Согласно нашим наблюдениям и интерпретации, всплески тока вызывали локальный нагрев и, следовательно, частичное повреждение электродной сети. Мы ожидаем, что тот же самый механизм отвечает за полный пробой диэлектрика, описанный на рис. 1. Учитывая, что более высокие всплески тока коррелируют с электродами с более высокой поверхностной плотностью, вероятно, что морфология электродов УНТ играет значительную роль ( SI Приложение , рис. S1). Причина всплесков тока до сих пор неясна: одна из гипотез состоит в том, что концы УНТ усиливают локальное электрическое поле.В качестве альтернативы, более плотные участки CNT могут вызвать чрезмерный нагрев по сравнению с более однородной сетью поблизости или плохое соединение между соседними слоями. Учитывая нашу заинтересованность в максимальном увеличении производительности привода, для оставшихся демонстраций мы сосредоточились на более прочных электродах, изготовленных из чернил с низкой поверхностной плотностью.

Характеристики приводов валков. ( A ) Последовательность изготовления приводов валков, используемых при оптимизации электродов CNT и выборе чернил. ( B ) Приложенное напряжение в 0.Шаг 3 кВ каждые 1 с для двух приводов валков, использующих чернила B, после термообработки при поверхностной плотности 15,59 и 46,67 мкл / см2 во время первого испытания устройства. ( C ) Соответствующее приложенное напряжение во время 20-го испытания каждого устройства. Шум в напряжении, подаваемом на исполнительный механизм при более высокой концентрации чернил, происходит из-за высоких пиков тока, которые достигли безопасного предела источника питания 2 мА. ( D ) Текущий отклик на приложенное напряжение от B во время первого теста.( E ) Текущий отклик на приложенное напряжение от C во время 20-го теста. ( F ) Осевое удлинение привода соответствует B . Высота привода составляет 1,1 см для каждого устройства. ( G ) Осевое удлинение привода соответствует C . Наибольшее смещение измеряется в электродах, изготовленных из чернил CNT с низкой поверхностной плотностью, что указывает на то, что эти материалы наиболее подходят для создания высокоэффективных искусственных мышц. ( H ) Осевое удлинение привода в зависимости от приложенного поля для устройств, изготовленных с четырьмя различными типами чернил.Зависимость параболическая: смещение пропорционально квадрату приложенного электрического поля. ( H , Вставка ) График показывает измеренную емкость исполнительного механизма для каждого типа чернил. Пунктирная линия соответствует расчетной емкости устройства с учетом геометрии и параметров материала. Результаты показывают, что чернила B после термической обработки создают наиболее эффективный электрод из УНТ и должны использоваться для создания искусственных мышц.

Измеренные ток и приложенное напряжение (рис.2) были использованы для оценки ввода электроэнергии в систему: Uetotal = Q × V / 2 = 200 мДж для актуатора с низкой поверхностной плотностью, где Q — заряд, накопленный в конденсаторе, как произведение приложенного тока и времени. , V — напряжение, при котором конденсатор заряжается. Измеренное смещение (d) и заблокированное усилие (Fb) привода ( SI Приложение , рис. S4) использовались для оценки механической выходной мощности (Umech = d × Fb / 2 = 3,0 мДж для привода с низкой поверхностной плотностью. ), что дает энергоэффективность (umech / uetotal), равную 1.5%. Кроме того, мы также определили эффективность электромеханического преобразования привода, сравнив выходную механическую энергию с электрической энергией, накопленной в конденсаторе (Uestored). Электрическая энергия в конденсаторе была рассчитана на основе измеренной емкости (C = 10 нФ) и напряжения на конденсаторе (V = 3 кВ) с использованием Uestored = C × V2 / 2 = 45 мДж. Электромеханический КПД (Umech / Uestored) привода раскатывающего валка составил 6,7%.

Чтобы завершить оптимизацию электродов, мы рассмотрели влияние термической обработки на два типа чернил при постоянной поверхностной плотности УНТ.Помимо измерения смещения линейно-расширяющихся осевых приводов, мы также количественно оценили сопротивление электродного листа и емкость привода при низком напряжении (см. Описание в приложении SI , рис. S5). Мы ожидали, что электроды, которые не могут физически эффективно покрывать всю поверхность эластомера, будут иметь соответственно высокое сопротивление листа, более низкие значения емкости, чем рассчитанные, и меньшее смещение исполнительного механизма. Наши ожидания подтвердились: актуаторы, показавшие наибольшее смещение, также имели самую высокую измеренную емкость (рис.2 F ). Наиболее эффективными материалами оказались чернила B после термической обработки (вакуум в течение 2 часов при 120 ° C), что позволяет предположить, что удаление молекул поверхностно-активного вещества дает наиболее эффективную сетку УНТ. СЭМ-изображение чернильных электродов B не показало значительных изменений микроструктуры до и после термической обработки ( SI Приложение , рис. S6). Измерения листового сопротивления красок на подложках из ПТФЭ согласуются с этой тенденцией ( SI Приложение , Таблица S1). Учитывая более высокие поля пробоя (> 100 В / мкм) и большие перемещения исполнительного механизма, мы выбрали чернила B после термической обработки в качестве оптимального электрода для наших искусственных мышц.

Демонстрации искусственных мышц.

Создав несколько слоев наших УФ-отверждаемых эластомеров и оптимизированных электродов с чернилами B, мы создали линейную сокращающуюся DEA, чтобы реализовать нашу цель создания полностью мягкой искусственной мышцы с электрическим приводом. Мы адаптировали установленный процесс (19, 37), сложив 45 дисков по 26 слоев каждый, чтобы создать цилиндр из 1170 слоев (рис. 3 A, и SI, приложение , рис. S7 A ). Чтобы охарактеризовать полезную плотность энергии, мы измерили вес (w), тяговое усилие в механическом тестере без смещения (Fb) и свободное смещение (d) против силы тяжести привода в зависимости от приложенного электрического поля (рис.3 B — D , SI Приложение , Рис. S7 B — E и Movie S1). Сила тяги измерялась путем прикрепления одного конца привода к датчику нагрузки и удерживания другого конца неподвижным. Датчик нагрузки имел практически нулевое смещение, привод был запитан, и максимальное показание силы было записано как тяговое усилие. В сильных электрических полях плотность энергии (= Fb × d / 2w) достигала 19,8 Дж / кг, в то время как смещение соответствовало 24% деформации, покрывая большой сегмент диапазона работоспособности естественных мышц (38).Для мышц млекопитающих типичная плотность энергии составляет 8 Дж / кг, а типичное напряжение — 20%. По сравнению с более ранними демонстрациями многослойных DEA, наши устройства имеют более высокую плотность энергии и более тонкие электроды (Таблица 1). Кроме того, наш производственный процесс позволяет независимо настраивать свойства и обработку эластомера вместе с электродом.

Производительность прямоходных приводов. ( A ) Последовательность изготовления прямоходных приводов, используемых для измерения плотности энергии.( B ) Подключаемый привод закреплен на грузе весом 1 кг без подачи электроэнергии. Привод имеет длину 6,3 см, состоит из отдельных слоев толщиной 30 мкм, весит 20 г и изготовлен из чернильных электродов B после термообработки с плотностью 15,59 мкл / см2. ( C ) Тот же привод, запитанный от 3,5 кВ, поднимает 1 = кг веса на 8 мм. ( D ) Плотность энергии того же исполнительного механизма из B. Подогнанная линия соответствует четвертой степени зависимости плотности энергии от приложенного электрического поля, как предсказано нашей моделью.В самом высоком приложенном поле актуатор демонстрирует пиковую плотность энергии 19,8 Дж / кг, что соответствует естественной мускулатуре. ( E ) Сравнение относительных перемещений приводов сжимающего цилиндра и раздвижных валков в зависимости от частоты срабатывания при 3 кВ. Сжимающий исполнительный механизм представлял собой цилиндр длиной 2 см и диаметром 1,2 см, изготовленный из чернильных электродов B, после термообработки при 15,59 мкл / см2. Раздвижной привод представлял собой цилиндр длиной 2 см и диаметром 1 см, изготовленный из чернильных электродов B, после термообработки на 15.59 мкл / см2.

Эффективность DEA по сравнению с естественными мускулами

Те же строительные блоки можно использовать для демонстрации высокой плотности энергии в приводах с линейным расширением. Аналогичная оценка производительности исполнительных механизмов расширения (исполнительные механизмы с чернилами низкой поверхностной плотности на рис. 2 E , использующие блокированную силу вместо тягового усилия) продемонстрировала пиковую плотность энергии 13,75 Дж / кг, в то время как смещение соответствовало 22%. штамм ( SI Приложение , рис. S4).Сила блокировки измерялась путем закрепления привода между механическим заземлением и тензодатчиком, который был зафиксирован на месте. Когда привод был включен, его перемещение было полностью ограничено: максимальное значение силы записывалось как заблокированное усилие. Более низкая плотность энергии, демонстрируемая исполнительными механизмами валков по сравнению с сжимающимися цилиндрическими исполнительными механизмами, может быть связана с потерями механической энергии при расширении исполнительных механизмов в радиальном направлении. По сравнению с более ранними примерами (39), эти линейные актуаторы достигли почти в 30 раз более высокой плотности энергии, в первую очередь из-за более высокого достижимого приложенного электрического поля без пробоя диэлектрика.Несмотря на разную геометрию, как расширяющий, так и сжимающий приводы демонстрируют одинаковую ширину полосы, если сравнивать смещение относительно длины привода (рис. 3 E ). Результаты показывают, что рабочие характеристики устройства зависят не от окончательной геометрии привода, а от свойств материалов, используемых в качестве строительных блоков.

Обсуждение

Чтобы понять электронные и вязкоупругие пределы устройства, мы охарактеризовали полосу пропускания привода (т.е.е., время отклика) и электрические свойства. С этой целью мы сравнили две поверхностные плотности чернил B после термообработки (15,59 и 46,77 мкл / см2) при линейном расширении привода в диапазоне частот от 0,1 до 200 Гц. Испытание заключалось в приложении синусоидального напряжения 3 кВ при заданной частоте в течение 1–100 с и измерении свободного смещения. Мы не наблюдали значительной разницы в смещении между двумя исполнительными механизмами, несмотря на 3-кратное увеличение концентрации УНТ и соответствующее 4-кратное уменьшение сопротивления листа.Для сравнения, емкости двух актуаторов были одинаковыми: 9,6 и 9,9 нФ для низкой и высокой концентраций соответственно. Сопротивления составили 0,6 и 2,2 МОм соответственно. И данные о полосе пропускания, и постоянные времени RC (5–20 мс) показывают, что отклик был ограничен вязкоупругостью материала (рис. 4 A ). Эти исполнительные механизмы не достигают полного смещения на частотах> 10 Гц, что приводит к плотности мощности на нижнем конце плотности мощности в мышцах млекопитающих (100–400 Вт / кг).Дальнейшее увеличение плотности мощности потребует увеличения полосы пропускания и материалов с более низкими вязкоупругими потерями.

Пределы производительности. ( A ) Удлинение привода рулона в зависимости от частоты срабатывания при 3 кВ для двух разных составов чернил CNT. Оба исполнительных механизма расширения были цилиндрическими: длиной 1,2 см и диаметром 1 см, изготовленные из чернильных электродов B, после термообработки при концентрации 15,59 и 46,77 мкл / см2. Сходные характеристики чернил CNT с различной поверхностной плотностью указывают на то, что реакция исполнительного механизма ограничена вязкоупругостью эластомера, а не постоянной RC цепи.( B ) Расширение привода ролика в зависимости от количества циклов во время непрерывных испытаний под синусоидальным сигналом с частотой 10 Гц и пиком 3 кВ. Расширяющийся привод представлял собой цилиндр длиной 1,2 см и диаметром 1 см, изготовленный из чернильных электродов B после термообработки при 15,59 мкл / см2. Устройство является прочным и может выдерживать 100 000 циклов без заметного ухудшения механических характеристик. Каждая точка данных соответствует среднему смещению одного и того же устройства, испытанного пять раз.Полоса ошибок соответствует SD набора данных. ( C — F ) Сложные приводы, сделанные из простых строительных блоков: копия мышечного гидростата, сделанная из линейно расширяющихся приводов, питаемых до 3 кВ. ( C ) Расслабленное состояние. ( D ) Колонка 1 активирована. ( E ) Колонка 2 активирована. ( F ) Колонка 3 активирована.

Для полноты картины непрерывно подавался сигнал частотой 0–3 кВ и частотой 10 Гц для проверки устойчивости устройства. Мы не наблюдали заметного ухудшения характеристик исполнительных механизмов, изготовленных с электродами с низкой поверхностной плотностью чернил B (рис.4 B ) в течение 100 000 циклов непрерывных испытаний. Смещение приводов упало почти до половины первоначального значения после 300 000 циклов. Эта усталость могла быть связана с повреждением сетки УНТ, которое можно было уменьшить путем смешивания с проводниками различных наноразмеров, такими как серебряные нанопроволоки (40). Чтобы соответствовать прочности естественных мышц (109 циклов), нам потребуется лучшее понимание деградации устройства. Кроме того, мы использовали установленные простые строительные блоки (приводы для раскрытия и гибки) для создания более сложных систем с дополнительными возможностями.Одним из примеров этих сложных систем является копия мышечного гидростата, сделанная из линейно расширяющихся приводов, способных как изгибаться (углы наклона 30 ° в трех независимых направлениях), так и расширяться (деформация 10%) (Рис. 4 C — F и фильм S2). Мы предполагали, что оптимизированные версии этих типов усовершенствованных приводов могут найти применение при манипулировании хрупкими объектами или других сложных манипуляционных задачах.

DEA, представленные в этой работе, демонстрируют самую высокую пиковую плотность энергии на сегодняшний день, оставаясь при этом мягкими и растяжимыми, без включения каких-либо жидких компонентов.Путем тщательного отбора и обработки ультратонких проводников нанометрового размера ( SI Приложение , рис. S8) мы смогли применять сильные электрические поля без риска преждевременного пробоя диэлектрика. В сильных полях приводы демонстрируют способность к деформации и плотность энергии наравне с естественными мускулами. Мы обнаружили, что скорость привода ограничивается вязкоупругостью эластомера, а не сопротивлением электродного листа. Эта работа представляет собой важный шаг к реализации полностью растягиваемых, управляемых электричеством, сильных и быстрых искусственных мышц, которые будут реализованы в различных мягких машинах, которые могут взаимодействовать, улучшать или восстанавливать функции человеческого тела.

Материалы и методы

Вкратце, мы изготовили искусственные мышцы, используя известную многослойную технику (17). Искусственные мышцы были изготовлены из отверждаемых УФ-излучением акриловых эластомеров и ультратонких матов из УНТ. Мы количественно оценили смещение привода, выходное усилие и полосу пропускания как для сжимающихся, так и для расширяющихся приводов, используя лазерные датчики смещения и тензодатчики. Дополнительная информация представлена ​​в приложении SI .

Благодарности

Мы благодарим Dr.Афтаб Хуссейн за разработку испытательной установки для приводов линейного расширения; и Shuwen Zhang за предоставление оборудования для тестирования искусственных мышц, используемых в демонстрациях бицепса. Исследование было поддержано грантом DMR14-20570 Национального научного фонда исследований материалов и инженерного центра, Институтом биологической инженерии Висса и Link Foundation. Эта работа была частично выполнена в Центре наномасштабных систем (CNS), который является членом Национальной сети координированной инфраструктуры в области нанотехнологий, которая поддерживается премией Национального научного фонда № 1541959.CNS является частью Гарвардского университета. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.

Сноски

• Вклад авторов: исследование, разработанное доктором медицины; Доктор медицины и Э. проведенное исследование; H.Z. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; Доктор медицины и Э. проанализированные данные; и M.D., R.J.W. и D.R.C. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1815053116/-/DCSupplemental.

Уточненная зонная структура плюс усиленное рассеяние фононов позволяет оптимизировать термоэлектрические характеристики SnTe

SnTe с такой же кристаллической структурой и аналогичной полосовой структурой считается экологически чистой альтернативой PbTe для среднетемпературных систем выработки электроэнергии, но его термоэлектрические характеристики страдают от относительно низкого коэффициента мощности и высокой теплопроводности.В этой работе мы сообщаем о синергических эффектах совместного допирования CuI – Mn в SnTe для улучшения значения ZT . Обнаружено, что легирование крошечного CuI, очевидно, снижает подвижность носителей и, таким образом, снижает электропроводность и электронную теплопроводность, в то время как легирование Mn способствует сходимости валентной зоны и значительно увеличивает коэффициент Зеебека. Более того, легирование Mn приводит к появлению множества центров рассеяния фононов, включая нанопреципитации, дислокации и точечные дефекты, которые подавляют теплопроводность решетки до 0.61 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ при 800 K. Следовательно, Sn _0,89 Mn _0,11 Te _0,99 (CuI) _0,01 образец показывает пиковое значение ZT 1,42 при 800 К и среднее значение ZT 0,68 между 300 и 830 К.

У вас есть доступ к этой статье