Att välja silikon råvaror för robotik kräver omfattande övervägande av fyra viktiga dimensioner: applikationsscenario, materialegenskaper, processkompatibilitet, kostnad och hållbarhet. Den specifika urvalsstrategin och analysen är följande:
1. Bestäm kärnkrav baserat på applikationsscenariot
Taktil sensorintegration
Krav: Inbäddning av ett ledande material (såsom silverpasta eller kolananorör) eller en mikronålarray -struktur krävs för att uppnå taktil återkoppling.
Exempel: En silikonbaserad mjuk sensor utvecklad av ett UBC-team använder ett svagt elektriskt fält för att känna kraft, vilket möjliggör exakt grepp om ägg. Detta kräver ett silikonmaterial med utmärkt konduktivitet och flexibilitet (såsom en grafen/silikonkomposit med en förlängning större än 500%).
Anpassningsförmåga till extrema miljöer
Krav: Hög temperaturmotstånd (-50 grad till 250 grader) och kemisk resistens (såsom i oljiga miljöer).
Lösning: Tillämpning av en hydrofob nanokoating (kontaktvinkel större än 150 grader) förlänger sensorns livslängd till 100 000 cykler; Att välja en högtemperaturresistent silikon (såsom LSR-flytande silikongummi, som tål temperaturer som överstiger 200 grader). Medicinsk robotik
Krav: Biokompatibilitet (ISO 10993-certifierad), biologisk nedbrytbarhet (såsom kitosanbaserad elektronisk hud).
Exempel: Siffranssensorn minskar kostnaderna till en femtedel av traditionella lösningar genom optimerad silikonformulering (hårdhet 25 strand A) och automatiserade tillverkningsprocesser, samtidigt som de uppfyller säkerhetsstandarder för medicinsk kvalitet.
Ii. Matchande prestandakrav baserade på materialegenskaper
Hårdhet och elasticitet
Robotfogar kräver en medelhårdhet (20-30 strand a) för att balansera flexibilitet och stöd, vilket förhindrar överdriven deformation som påverkar rörelsens noggrannhet.
Bionisk hud: En ultramjuk hårdhet (0-18 strand A) krävs för att simulera beröringen av mänsklig vävnad. Till exempel använder den biomimetiska taktilsensorn som utvecklats av Pan Lijias team vid Nanjing University en silikonstruktur med flera lager för att samtidigt upptäcka normal kraft (0,1-10N) och skjuvkraft (± 50 grader).
Draghållfasthet och tårstyrka
För långsiktiga mekaniska rörelsescenarier: draghållfasthet större än eller lika med 5MPa och tårstyrka större än eller lika med 14KN/m för att motstå upprepad böjning och sträckning. För statiska visningsscenarier kan styrkabehovet sänkas på lämpligt sätt, prioritera lägre kostnadsutfälld silikon (som erbjuder en hög kostnadseffektivitet men något lägre transparens än fumed silikon).
Konduktivitet och signalstabilitet
Triboelektriska sensorer: Mycket ledande silikon (såsom de som innehåller kolananorör) bör väljas, i kombination med en dynamisk magnetfältkompensationsalgoritm för att adressera signaldrift.
Visuella taktila sensorer: Mycket transparent silikon (såsom silikon förstärkt med fumed kiseldioxid, som erbjuder högre transparens) bör väljas, tillsammans med en mångfald av mikrokamera för att fånga deformation.
Iii. Processkompatibilitet: Säkerställa produktion genomförbarhet
Gjutningsprocess
Injektionsgjutning: Lämplig för storskalig produktion, LSR-flytande silikongummi med låg viskositet bör väljas, vilket automatiskt kan matas och kontinuerligt matas till formsprutningsmaskinen.
3D -utskrift: Lämplig för anpassade komplexa strukturer (såsom bioniska benkonstruktioner), utskrivbara silikonmaterial bör väljas (till exempel 3D -tryckteknologi baserat på digitala tvillingar kan minska anpassningscykler från 2 veckor till 48 timmar).
Mögkvalitet: Silikonprodukter är vanligtvis formade och mögelnoggrannhet påverkar direkt utbytet. Högprecisionsformar (såsom CNC-machinerade formar) bör väljas för att undvika burrs och deformation. Vulkaniseringsprocess
Högtemperatur vulkanisering: Lämplig för tjockväggiga produkter (såsom robothus), vilket kräver strikt kontroll av temperaturen (150-200 grad) och härdningstid (10-30 minuter).
Rumstemperatur vulkanisering: Lämplig för tunnväggiga produkter (såsom sensorskinn), vilket kräver tillsats av en katalysator (såsom en platinakatalysator) för att påskynda härdningen.
Iv. Kostnad och hållbarhet: Balanseringsprestanda och överkomliga priser
Kostnadsstruktur
Silikon för robotik: Enhetspriset är cirka 80-120 yuan/kg, med högre kostnader efter integrering av sensorer. Storskalig produktion (som 3D-tryckteknik baserad på digitala tvillingar) kan sänka kostnaderna med 60%.
Silikon med medicinsk klass: Dyrt (cirka 150-300 yuan/kg), men standardiserad produktion (som sifferssensorautomationsprocessen) kan sänka priserna.
Hållbarhet
Miljövänliga material: Välj biologiskt nedbrytbar silikon (som kitosanbaserad elektronisk hud) för att minska miljöföroreningar.
Energibesparande processer: Använd vulkaniseringsteknik med låg temperatur (såsom rumstemperatur vulkanisering) för att minska energiförbrukningen. V. Rekommenderad urvalsprocess
Kravanalys: Identifiera robotens applikationsscenarier (t.ex. industri, medicinsk, service), funktionella krav (t.ex. taktil feedback, miljöanpassningsbarhet) och säkerhetsstandarder (t.ex. ISO 10993, FDA).
Materialscreening: Välj silikontyp (t.ex. LSR, sammansatt gummi), hårdhet (0-50 strand A) och konduktivitet (om ledande materialinbäddning krävs) baserat på kraven.
Processvalidering: producera prover för att testa prestanda (t.ex. draghållfasthet, tårstyrka, signalstabilitet) och bedöma produktionskostnader och genomförbarhet.
Massproduktion: Kontrollera strikt råmaterialförhållanden, vulkaniseringstemperatur och mögelprecision för att säkerställa produktkonsistens.