Shape memory alloy-based underwater locomotion platform

Abstract

Abstract

Underwater locomotion platforms are usually constructed of rigid materials and are driven by propellers or jet thrusters. It must be waterproof, sturdy, and reliable, and move in three dimensions. However, traditional underwater locomotion platforms have the disadvantages of being expensive, bulky, and less controllable. Also, propellers and jet thrusters produce a lot of noise and vibration, which is counterproductive when studying acoustic signals or studying timid underwater creatures. This paper introduces a new type of underwater locomotion platform inspired by biology and powered by shape memory alloy (SMA). The actuator utilizes a pair of NiTi shape memory alloy (SMA) wires embedded in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix to create a bending motion. When the SMA wire undergoes a phase change, the actuator can reciprocate between bending during heating and recovering during cooling. The platform was developed using smart materials and 3D printing technology. The platform can swim freely in three-dimensional space and can carry a variety of sensors for underwater exploration. The new underwater locomotion platform is highly adaptable to the environment, can swim freely at an average speed of 12.701 mm/s, and can also achieve different swimming modes such as floating and diving. And it's quiet in aquatic environments and offers a new way to explore underwater. |수중 이동 플랫폼은 보통 단단한 재료로 구성되며 프로펠러나 제트 추진기에 의해 구동된다. 그리고 방수가 되고 튼튼하면서 3 차원으로 움직여야 한다. 그러나 전통적인 수중 이동 플랫폼은 비용이 많이 들고, 부피가 크며, 제어가 덜 가능하다는 단점이 있다. 또한 프로펠러와 제트 추진기는 소음과 진동을 많이 발생시켜 음향 신호를 연구하거나 수중 생물을 연구할 때 역효과를 낸다. 본 논문은 생물학에서 영감을 받아 형상 기억 합금(SMA)에 의해 구동되는 새로운 유형의 수중 이동 플랫폼을 소개한다. 액추에이터는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 매트릭스에 내장된 NiTi 형상 메모리 합금(SMA) 와이어 쌍을 사용하여 벤딩 운동을 생성합니다. SMA 와이어가 위상 변화를 겪으면 액추에이터가 가열 중 벤딩과 냉각 중 복구 사이에서 왕복할 수 있습니다. 플랫폼은 스마트 재료와 3D 프린팅 기술을 사용하여 개발되었다. 이 플랫폼은 3 차원 공간에서 자유롭게 헤엄칠 수 있으며 수중 탐사를 위한 다양한 센서를 탑재할 수 있다. 새로운 수중 운동 플랫폼은 환경에 적응력이 뛰어나고 평균 12.701mm/s 의 속도로 자유 수영할 수 있으며, 플로팅, 다이빙 등 다양한 수영 모드도 달성할 수 있다. 그리고 정숙성이 뛰어나며 수중 탐사를 위한 새로운 방법을 제공한다.