Collaborative Research: Design Framework for Biomimetic Elasto-Fluidic Systems

合作研究:仿生弹性流体系统的设计框架

基本信息

项目摘要

The research objective of this award is to formulate a methodology for the design of elasto-fluidic systems (EFSs). EFSs utilize fluid pressure to deform a material envelope with tuned flexibility. They are ubiquitous in nature and may be found in organisms ranging from trees to worms to octopi. These systems achieve a wide range of functionality including desired structure, complex motion, flexibility, and efficient transmission of energy. There are numerous potential applications for elasto-fluidic systems in robots, machines, medical devices, and consumer products. To address the primary goals of the proposed research, it will be necessary to investigate a broad range of technical fields to characterize the salient physical phenomena that govern the behavior of EFSs. The characterization will be utilized in developing a systematic and general method to create EFSs at multiple scales with various materials. The design method will be validated through the design and fabrication of novel proof-of-concept prototypes.If successful, the broader impacts of the research are extensive. The systematic synthesis of EFSs represents a paradigm shift in mechanical design. EFSs operate on a completely different set of assumptions that facilitate a wider range of functionality and benefits including lower power and maintenance requirements, simplicity and elegance in design, lower long-term cost, and increased precision. These benefits may prove to be far reaching to other fields in engineering. Beyond the impacts of the research on other technical fields, the PI?s have a vested interest in engaging the next generation of engineers at both the high school and undergraduate levels. In collaboration with local high school teachers, the PI?s have will create, implement, assess, and disseminate modules in high school physics courses that integrate mechanical engineering and biologically inspired design. These activities will be made publically available, and their results will be disseminated at educational conferences.
该奖项的研究目标是制定一种设计方法的方法论(EFSS)。 EFSS利用流体压力将材料包络变形,并具有调整的柔韧性。它们本质上是普遍的,可以在从树木到蠕虫再到章鱼等等的生物中发现。这些系统获得了广泛的功能,包括所需的结构,复杂的运动,灵活性和有效的能量传播。在机器人,机器,医疗设备和消费产品中,有许多潜在的应用程序应用于Elasto-Fuidic系统。为了解决拟议研究的主要目标,有必要研究广泛的技术领域,以表征控制EFSS行为的显着物理现象。该表征将用于开发一种系统和一般的方法,以多种材料在多个尺度上创建EFS。设计方法将通过设计和制造新颖的概念验证原型来验证。如果成功,研究的更广泛影响是广泛的。 EFSS的系统合成代表机械设计的范式转移。 EFSS基于完全不同的假设集,这些假设促进了更广泛的功能和收益,包括较低的功率和维护要求,设计的简单性和优雅,长期成本较低以及精确度提高。这些好处可能已被证明距离工程领域的其他领域。除了研究对其他技术领域的影响之外,PI还既有兴趣,既有兴趣,又对高中和本科级别的下一代工程师进行了既得兴趣。与当地的高中教师合作,PI会在高中物理课程中创建,实施,评估和传播模块,以整合机械工程和生物学启发的设计。这些活动将公开可用,其结果将在教育会议上传播。

项目成果

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