Американцы нашли способ умерить «аппетиты» понижающих преобразователей
Исследователи из Массачусетского технологического института сумели существенно оптимизировать импульсный понижающий преобразователь. Согласно сообщению института, в результате доработки собственное потребление устройства удалось снизить вдвое. При этом доработанный преобразователь оказался способен поддерживать необходимое напряжение при ничтожных токах потребления от 500 пикоампер до одного миллиампера.
Понижение напряжения может потребоваться в разных случаях. Например, это делается в сложных электронных устройствах, в которых для питания одних систем необходимо одно напряжение, а для других — другое, меньшее. Самым простым способом понижения напряжения является установка резистора, однако это неэффективно с точки зрения потребления — «лишнее» напряжение будет преобразовываться на резисторе в тепло.
Для снижения напряжения с минимальными потерями используются импульсные понижающие преобразователи. В самом примитивном случае они представляют собой широтно-импульсный модулятор, катушку индуктивности, сглаживающий конденсатор, делитель напряжения и контроллер. На вход такого устройства подается некоторое напряжение. Модулятор начинает его отбирать, делить на импульсы и эти импульсы с определенной частотой выдавать в последующую цепь. Благодаря импульсной выдаче напряжения и удается добиться его снижения.
Затем импульсы подаются на катушку индуктивности, обладающую электрической инертностью. Она выполняет роль своего рода стабилизирующего элемента в схеме. После катушки индуктивности напряжение идет на сглаживающий конденсатор, убирающий пульсации. На выходе преобразователя стоит делитель напряжения, перенаправляющий часть электричества на контроллер. Последний замеряет выходное напряжение в зависимости от полученных данных отдает управляющие сигналы широтно-импульсному модулятору.
Современные импульсные понижающие преобразователи напряжения даже в состоянии покоя, то есть без подключенной к ним нагрузки, имеют собственное потребление, которое, в зависимости от типа, может варьировать от нескольких миллиампер до нескольких десятков миллиампер. Собственное потребление, в частности, объясняется необходимостью отбирать напряжение на выходе, замерять его и передавать управляющие сигналы на модулятор. Кроме того, при ничтожных токах потребления преобразователи могут выдавать несколько большее напряжение.
Понижающий преобразователь, разработанный исследователями из Массачусетского технологического института, по своей схеме похож на обычное такое устройство. Напряжение на его входе может составлять от 1,2 до 3,3 вольта, а после понижения на выходе — от 0,7 до 0,9 вольта. Исследователи несколько доработали схему контроллера, введя дополнительные элементы, управляющие делителем напряжения и той частью управляющей схемы, которая отвечает за измерение напряжения на выходе.
В чем именно заключается доработка, разработчики не раскрывают. Они отмечают лишь, что дополнительные элементы не дают электричеству постоянно проходить через делитель напряжения, а контроллеру — постоянно производить замеры. В зависимости от подключенной к преобразователю нагрузки дополнительная схема с нужной частотой и на короткие промежутки времени открывает участок измерения напряжения. Благодаря этому и удалось добиться снижения собственного потребления преобразователя в два раза.
По мнению исследователей, новый преобразователь позволит экономнее расходовать энергию, запасенную в аккумуляторах, различными переносными устройствами, например, нательными датчиками или смартфонами. Кроме того, разработчики полагают, что новые преобразователи можно будет использовать совместно с устройствами, вырабатывающими электричество от взаимодействия с телом человека.
В январе текущего года ученые из Инженерной школы Колумбийского университета Нью-Йорка представили технологию трехмерной печати микромеханизмов из гидрогелей. Такие механизмы могут быть имплантированы в живой организм и использоваться для адресной и дозированной доставки лекарств. Преимуществом новых гидрогелевых механизмов является их полная биосовместимость. При этом механизмы можно контролировать внешними устройствами с помощью магнитов.
Василий Сычёв
При этом он может взаимодействовать с хрупкими объектами, не повреждая их
Американские инженеры создали простой и недорогой киригами-манипулятор. Он представляет собой лист материала со множеством прорезей, образующих определенный рисунок, благодаря которому при растяжении лист выгибается, образуя купол со смыкающимися лепестками. С помощью манипулятора можно точно взаимодействовать с ультратонкими и хрупкими объектами, не повреждая их, а также поднимать грузы в 16000 раз тяжелее собственной массы захвата. Статья с описанием конструкции опубликована в журнале Nature Communications. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Все попытки инженеров разработать универсальный мягкий манипулятор для роботов, который смог бы совместить в себе одновременно высокую точность и способность поднимать тяжелые предметы, обычно упираются в компромисс между гибкостью, прочностью и точностью захвата объектов. К примеру, мягкий манипулятор ROSE, напоминающий своей формой цветок, имеет довольно высокое значение отношения грузоподъемности к собственной массе и способен захватывать хрупкие предметы, не нанося им вреда, например, куриное яйцо. Однако из-за особенной формы и способа срабатывания он не может захватывать слишком мелкие объекты, такие как нити и тонкие листы. Инженеры под руководством Цзе Иня (Jie Yin) из Университета Северной Каролины предложили конструкцию манипулятора, которая способна решить эту проблему. В ее основе лежит японская техника складывания и вырезания бумаги киригами. Манипулятор изготавливается из тонкого листа полиэтилентерефталата (PET) толщиной 127 микрометров, в котором с помощью лазера делается множество узких прорезей по определенному паттерну. Благодаря этим прорезям при растяжении в перпендикулярном направлении лист выгибается, принимая форму, напоминающую шаровидную клетку, состоящую из двух половин в виде смыкающихся лепестков. Для срабатывания захвата достаточно лишь растянуть его в одном направлении, поэтому манипулятор можно использовать как дополнение к уже существующим моделям роборук и протезам без серьезных переделок. Давление, с которым половинки захвата воздействуют на объект, составляет всего около 0,05 килопаскаля. Это позволяет безопасно поднимать очень мягкие и хрупкие объекты с близкой к нулю жесткостью. Авторы экспериментировали с каплями воды, кетчупом, сырым яичным желтком, икрой, пудингом, а также с мягкими живыми организмами, такими как медузы. Сетчатая структура манипулятора подходит и для манипуляций с острыми объектами, например, медицинскими иглами. Они проходят сквозь прорези в материале, никак не влияя на целостность и функциональность манипулятора. Манипулятор может очень точно взаимодействовать с тонкими гибкими предметами, к примеру, с нитями толщиной 2 микрометра, что меньше толщины человеческого волоса в 40 раз, и с тонкими листами до 4 микрометров. Для демонстрации точного взаимодействия с объектами в бытовых условиях, инженеры прикрепили манипулятор к концам эффекторов протеза. Оказалось, что с помощью такого дополнения можно легко выполнять действия, иначе конструктивно недоступные для протеза. Брать очень мелкие предметы с поверхности, например, ягоды винограда, не повреждая их, и переворачивать страницы книги. Одновременно с высокими характеристиками точности и способностью взаимодействовать с очень хрупкими объектами, манипулятор обладает рекордным значением отношения массы полезной нагрузки к собственной массе. Масса захвата составляет всего 0,4 грамма, однако оказалось, что он способен поднимать объекты в 16000 раз тяжелее себя. Это, по словам авторов, в 2,5 раза превосходит предыдущий рекорд, который составлял 6400. https://www.youtube.com/watch?v=xfI5V6SuO60&t=1s Материал для захвата можно использовать биоразлагаемый. В этом случае его можно применять для задач, ограниченных по времени и числу применений, к примеру, для биомедицинских целей в качестве одноразового устройства. Техника оригами также часто используется в робототехнике. Например, японский инженер использовал ее для создания механического одноразового захвата, полностью состоящего из обычной офисной бумаги.