Bachelor's Thesis

New uncommon actuators

Final Thesis 23.26 MB Appendix 359.34 kB

Author of thesis: Emma Pastieriková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D.

Abstract:

The aim of this bachelor’s thesis is to analyze novel unconventional actuators developed over the past ten years, to describe the operating principle of a dielectric elastomer actuator (DEA), to develop its mathematical-physical model and to implement a physical model. The thesis focuses on the effects of Maxwell stress and the mechanical response of the elastomer. A simplified balance between electrostatic pressure and mechanical resistance was developed, enabling the simulation of elastomer deformation under different voltage values. The model was implemented in MATLAB and Simulink. In the experimental part, a simplified DEA model was created from a frame made of PETG, 3M VHB 4910 elastomer, colloidal graphite and aluminum conductive tape. The power supply was provided by a laboratory power supply and a high-voltage DC converter. However, it was not possible to achieve visible deformation of the membrane experimentally. The main causes were identified as insufficient mechanical preload, inhomogeneous electric field and choosing an unsuitable DC converter. The result point to the principles of DEA operation and the possibilities of their optimalization. This model is suitable for soft robotics and precision microactuators.

Keywords:

actuator, unconventional, dielectric elastomer, actuator, Maxwell stress, viscoelasticity, mathematical-physical model, 3D printing

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Studentka obhájila bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy studentka odpověděla na dotazy oponenta. Navazující otázka komise směřovala k použitému DC měniči - jaký jste použila a proč? Používala jste při práci s vysokým napětím ochranné pomůcky? Přemýšlela jste nad možnostmi měření napětí řádově v kV? O kolik jste předpokládala pohyb pístu při 4 kV? Podle kterých rovnic jste sestavila model v MATLAB/Simulink? Studentka odpověděla na položené otázky komise s výhradami.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

Studentka se ve své bakalářské práci zabývala problematikou netradičních pohonů se zaměřením na dielektrický elastomerový pohon (DEA). V práci zpracovala rešerši vybraných netradičních pohonů, popsala fyzikální princip zvoleného pohonu a vytvořila jeho zjednodušený matematicko-fyzikální model. Model následně implementovala v prostředí MATLAB/Simulink a doplnila o základní simulační analýzu. Součástí práce byl rovněž návrh a realizace experimentálního pracoviště.
Studentka pracovala během semestru převážně samostatně a konzultace využívala spíše sporadicky. Vedoucí práce tak měl jen omezenou možnost průběžně usměrňovat řešení jednotlivých problémů a korigovat zvolený postup. Tento přístup se částečně projevil na výsledné úrovni některých částí práce, zejména v experimentální části, kde nebylo dosaženo očekávané funkčnosti realizovaného pohonu a experimentální ověření zůstalo omezené.
Přesto studentka prokázala schopnost samostatně nastudovat odbornou problematiku a vytvořit model popisující základní princip funkce DEA pohonu. Za přínos práce považuji zejména zpracování matematicko-fyzikálního modelu a snahu o realizaci experimentálního zařízení. Na druhou stranu by si některé části zasloužily hlubší rozbor dosažených výsledků, důslednější vyhodnocení experimentů a větší míru diskuse omezení navrženého řešení.
Práce je logicky strukturována a po formální stránce splňuje požadavky kladené na bakalářskou práci. Jednotlivé body zadání byly splněny v základním rozsahu, byť experimentální část nepřinesla plnohodnotné ověření navrženého řešení. Oceňuji, že studentka provedla analýzu možných příčin tohoto stavu a výsledky kriticky zhodnotila. Kontrola v systému Theses.cz neprokázala podobnost s jinými pracemi. Celkově hodnotím bakalářskou práci jako solidní, prokazující základní schopnost samostatného technického řešení, avšak s rezervami v experimentálním ověření a v průběžné komunikaci během řešení. Points proposed by supervisor: 77

Grade proposed by supervisor: C

Předložená bakalářská práce se zabývá problematikou netradičních pohonů se zaměřením na dielektrické elastomerové aktuátory (DEA). Autorka zpracovala rešerši moderních typů pohonů, vytvořila zjednodušený matematicko-fyzikální model DEA, implementovala jej v prostředí MATLAB/Simulink a pokusila se o experimentální realizaci funkčního prototypu. Zadání práce lze považovat za splněné, byť některé body byly naplněny pouze v omezené míře.
Práce má odpovídající rozsah a logickou strukturu. Pozitivně hodnotím zejména snahu o vlastní realizaci DEA aktuátoru a vytvoření simulačního modelu. Přínosem je rovněž široce pojatá rešeršní část, která pokrývá řadu současných směrů vývoje netradičních pohonů.
Za nejvýznamnější nedostatek považuji práci s literaturou. V celé rešeršní části prakticky chybí průběžné citace použitých zdrojů a u většiny obrázků není uveden jejich původ. Přestože seznam literatury obsahuje dostatečný počet relevantních zdrojů, není z textu zřejmé, ke kterým tvrzením a obrázkům se jednotlivé odkazy vztahují. Tento nedostatek významně snižuje odbornou i formální úroveň práce.
Matematicko-fyzikální model DEA je zpracován poměrně stručně a představuje pouze silně zjednodušený popis problematiky. Některé použité vztahy nejsou dostatečně odvozeny ani komentovány, místy dochází k nejednoznačnému označení veličin a u některých vztahů chybí jednoznačné vysvětlení použitých parametrů. Popis implementace modelu v MATLABu a Simulinku je rovněž stručný a neobsahuje hlubší rozbor použitého algoritmu ani diskusi vlivu zvolených parametrů na výsledky simulace.
Experimentální část dokládá snahu autorky o praktické ověření navrženého řešení. Realizovaný model však nevedl k dosažení požadované deformace elastomerové membrány a experimentální ověření funkčnosti DEA se nepodařilo. Oceňuji, že autorka kriticky analyzuje možné příčiny neúspěchu a navrhuje směry dalšího zlepšení. Přesto však nelze považovat experimentální část za plnohodnotné ověření navrženého modelu.
Přes uvedené výhrady práce prokazuje základní orientaci autorky v řešené problematice a schopnost samostatně zpracovat odborné téma. Odborná úroveň práce je však snižována nedostatky v oblasti citací, dokumentace modelu a validace dosažených výsledků.


1. Jakým způsobem by bylo možné experimentálně určit optimální předpětí elastomerové membrány DEA?
2. Jaké konkrétní úpravy konstrukce a napájecí části by podle vás vedly k úspěšnému experimentálnímu ověření funkčnosti DEA? Points proposed by reviewer: 69

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová