Soft heat engines are poised to play a vital role in future soft robots due to their easy integration into soft structures and low-voltage power requirements. Recent works have demonstrated soft heat engines relying on liquid-to-gas phase change materials. However, despite the fact that many soft robots have air as a primary component, soft air cycles are not a focus of the field. In this paper, we develop theory for air-based soft heat engines design and efficiency, and demonstrate experimentally that efficiency can be improved through careful cycle design. We compare a simple constant-load cycle to a designed decreasing-load cycle, inspired by the Otto cycle. While both efficiencies are relatively low, the Otto-like cycle improves efficiency by a factor of 11.3, demonstrating the promise of this approach. Our results lay the foundation for the development of air-based soft heat engines as a new option for powering soft robots.


翻译:软热引擎由于容易融入软结构和低压动力要求,准备在未来软机器人中发挥重要作用。最近的工程显示,软热引擎依靠液到气体的转化材料,但尽管许多软机器人将空气作为主要部件,软性空气循环并不是实地的重点。在本文中,我们发展了基于空气的软热发动机设计和效率的理论,并实验性地表明,通过谨慎的循环设计可以提高效率。我们比较了简单的常态载周期与设计中的由奥托周期启发的不断下降的周期。虽然效率相对较低,但类似于奥托的周期通过11.3系数提高了效率,表明了这一方法的前景。我们的成果为发展空基软热引擎奠定了基础,以此作为软性机器人动力的新选项。

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