Стандартний електродвигун був розроблений для стійких, безперервних дій на кшталт роботи компресора або обертання конвеєрної стрічки. Навіть нові конструкції витрачають багато енергії під час виконання складніших рухів, наприклад, у роботів.
Дослідники зі Стенфордського університету вигадали спосіб удосконалити електродвигуни та зробити їх ефективнішими під час виконання динамічних рухів. Вчені запропонували новий тип приводу, який використовує енергію пружин і муфти. Під час виконання кожного завдання новий двигун споживав щонайменше на 50% менше енергії, ніж стандартний електродвигун.
Привід використовує здатність пружин створювати силу без використання енергії – пружини чинять опір розтягуванню і намагаються відновити свою природну довжину під час відпускання. Наприклад, коли привід опускає важкий предмет, пружини можуть розтягуватися і поглинати тим самим частину навантаження, яке інакше випало б на двигун. Якщо зафіксувати пружини в розтягнутому положенні, цю енергію можна зберегти, щоб згодом допомогти двигуну у виконанні іншого завдання.
Для активації пружин використовуються електроклейові муфти. Кожна гумова пружина затиснута між двома муфтами: одна з’єднує пружину з шарніром, допомагаючи двигуну, а інша фіксує пружину в розтягнутому положенні, коли вона не використовується. Ці муфти складаються з двох електродів – один прикріплений до пружини, а інший – до рами або двигуна. Коли електроди не активовані, вони плавно ковзають один по одному. Щоб увімкнути зчеплення, дослідники подають велику напругу на один з електродів. При цьому електроди зближуються з характерним клацанням, аналогічним ефекту статичної електрики, коли надувна кулька може прилипнути до стіни після тертя об килим. Щоб відключити пружину, достатньо заземлити електрод і прибрати його напругу до нуля.
Привід оснащений мотором, доповненим шістьма однаковими зчепленими пружинами, які можуть бути пущені в дію в будь-якій комбінації. Дослідники провели серію випробувань, що включають швидке прискорення, зміну навантажень і плавний рівномірний рух. Під час виконання кожного завдання посилений двигун споживав щонайменше на 50% менше енергії, ніж стандартний електродвигун, а в деяких випадках знижував енергоспоживання на 97%.
Завдяки ефективнішим двигунам роботи зможуть працювати цілий день, а не лише 1-2 години перед підзарядкою. Технологія може покращити допоміжні пристрої, як-от протези чи екзоскелети. Їх не потрібно буде постійно підзаряджати.
Контролеру приводу поки потрібно кілька хвилин, щоб визначити оптимальне поєднання пружин для виконання нового завдання. Дослідники працюють над скороченням цього часу. Вони планують розробити систему, яка враховуватиме попередні завдання і створюватиме зростальну базу даних ефективніших рухів. Також буде застосовуватися штучний інтелект, який допоможе визначити, як найкраще виконати нові завдання.