مدل سازی، طراحی و ساخت المان حسگر/ محرک بر پایه نانوکامپوزیت های هوشمند

المان های حسگر و محرک به همراه واحد پردازش، اجزای اصلی هرگونه ربات مکانیکی را تشکیل می دهند. تلفیق دو المان محرک و حسگر در المانی واحد می تواند موجب افزایش انعطاف پذیری و قدرت پاسخگویی ربات شود، به علاوه اثر محسوسی در کاهش حجم فیزیکی و احیاناً هزینه تمام شده ربات خواهد داشت. در این تحقیق نسل جدیدی از المان های ترکیبی حسگر و محرک مکانیکی با بهره گیری از فناوری نانوکامپوزیت های هوشمند ارائه شده است. در بخش نظری این تحقیق، چالش اصلی ارائه مدلی است که بتواند رفتار المان حسگر/ محرک واحد ایده آل را پیش بینی کند. غرض از رفتار ایده آل المان واحد، یکسان بودن ورودی و خروجی برای هر دو المان است به این صورت که خروجی المان محرک برابر با ورودی المان حسگر و خروجی المان حسگر برابر با ورودی المان محرک باشد. در بخش تجربی تحقیق، با بهره گیری کامل از دستاوردهای مدل، انتخاب راهبرد موثر در انتخاب مواد مناسب " در دسترس" و ساخت سامانه های اندازه گیری رفتار المان حسگر/ محرک واحد اولویت کار عملی است. بدین منظور، در بخش نظری، مدل سازی المان حسگر/ محرک واحد با مفروضات ساده کننده به دو روش تحلیلی و عددی (المان محدود) انجام شد. در بخش تجربی با عنایت به غربالگری مواد مورد استفاده در ساخت سامانه های هوشمند، مواد پیزوالکتریک به عنوان بهترین گزینه برای ساخت المان حسگر/ محرک انتخاب و نانوکامپوزیت pvdf/batio3 ساخته شد و رفتار المان های حسگر و محرک نانوکامپوزیتی به صورت مستقل و به صورت ترکیبی توسط سامانه های مناسب اندازه گیری، مطالعه و داده های تجربی جمع آوری شد. نتایج مدل سازی قابلیتِ قابل قبول پیش بینی رفتار المان های حسگر و محرک را در شرایط استاتیکی و دینامیکی نشان داد و مدل های ارائه شده، به هر دو روش تحلیلی و عددی علیرغم مفروضات ساده کننده، روند یکسانی با روند داده های تجربی به نمایش گذاشت. متغیرهای کلیدی در مدل های مذکور مدول الاستیک، ضریب پیزوالکتریک و ضریب دی الکتریک است که بر حسب ماهیت فیزیکی المان های حسگر و محرک آثار خود را بر مدل نشان می دهند. نانوکامپوزیت pvdf حاوی نانوذرات batio3 گزینه مناسبی از مواد در دسترس برای ساخت المان حسگر/ محرک واحد است.