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日立制作所試制成功基于印刷法的有機致動器

2006-05-18 08:52 來源：日經BP社責編：中華印刷包裝網

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圖1：在聚亞胺薄膜底板上印刷的致動器圖形

圖2：切割底板制作出的Unmorph結構的致動器

圖3：有機致動器二次元排列模塊組成的搬運設備

　　日立制作所基礎研究所使用混合nm級碳微粒子的導電性有機材料、利用印刷法試制成功了致動器。特點是：采用印刷法、可低成本量產；可以在空氣中、低電壓下運行；質量輕且柔軟。由于與生物體的適應性較好，有望應用于人造肌肉等特殊用途。

　　材料由直徑40nm的碳精微粒子和氟類聚合物混合而成。之所以選擇氟類材料，是由于氟的熱膨脹系數較高，此外還在考慮環氧類材料的可行性。將材料溶解在溶劑中作為油墨使用，以絲網印刷方式印在聚亞胺薄膜底板上。

　　在采用這種技術制作的致動器圖形上（圖1），用銀油墨印刷布線圖形后，將其切割下來，制作出由致動器層和聚亞胺層構成的Unmorph結構的致動器（圖2）。

　　所謂的Unmorph結構，是指采用膨脹率較大和較小的材料組合結構。在這種情況下，通過給印刷的有機材料通電，內部的碳微粒子會由于焦耳熱而發熱膨脹，另一方面，由于底板聚亞胺薄膜不易膨脹，膨脹材料將會凸起導致全體彎曲。

試制出機械手

　　此次試制的致動器大小為7mm×9mm，伸縮率最大為4％，實用性為2％左右。驅動電壓幾～幾十V，可以產生最大約5MPa的壓力。經確認，工作速度方面，可以適用30Hz的輸入信號，耐久性為1萬次左右。致動器的工作溫度目前可以提高到室溫＋150℃.

　　另外，該公司還試制了將上述致動器二次元排列的矩陣模塊（圖3）。施加電壓為8V，尖端約移動3mm。通過控制各致動器的移動，可以搬運放在此模塊上的薄膜。

　　該公司還使用4個致動器試制了機械手。每根手指的重量僅0.03g，4根手指可以握住40g的試劑瓶。

影像1：試制的機械手。可以握住重40g的試劑瓶的視頻（MPEG，約12MB）。

　　與形狀記憶合金等相比，產力的壓力還比較小，但是可以利用易于加工及柔軟等有機材料的特點靈活運用。今后，該公司計劃除人造肌肉和搬運設備之外，還將開拓露出凸點的觸覺傳達設備、活動海報、氣流控制設備、微型機器人等新的應用領域。另外，該研究成果將在第55屆高分子年度大會（2006年5月24日～26日，名古屋國際會議廳）上發表（演講編號1Ph152）。

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