Teadlased töötavad välja robottekstiilis puuduva komponendi

Juba aastaid on pehme robootika probleem seisnenud selles, et suur osa sellest nõuab mingit pumpa, mis seni on olnud saadaval vaid tavapärasemates mittekandmisvormides. Andurid, täiturmehhanismid, aga ka energia salvestamise ja genereerimise seadmed on kõik välja töötatud pehmete kiudude kujul, mida saab sujuvalt riietesse põimida. Kuid välja töötatud pehmetel pumpadel puudub vedeliku jõud, et muuta need tõeliselt kasulikuks, ja neid pole valmistatud kiududena.

Oma leidudest teatamine teadus, Michael Smith, Vito Cacucciolo ja Herbert Shea Šveitsis École Polytechnique Fédérale de Lausanne'is (EPFL) on välja töötatud pehme hüdropump, mis mitte ainult ei ületa varem saavutatud vedeliku võimsust kümnekordselt, vaid on ka kiu kujul.

"Hüdrauliline käivitamine on huvitav, kuna see on pehme ja kohane ning seda saab kehale panna," ütleb Shea. Teda ja tema kolleege ajendasid suuresti pikaajalised eesmärgid töötada välja pehme ja mugav eksoskelett, mida keegi saaks kanda näiteks taastusravi või jõu toetamise eesmärgil või võimaldada piiratud liikumisvõimega inimestel kõndida.

Kiudpump töötab elektrohüdrodünaamikal, mida jagab a veniv pump mida Shea rühm demonstreeris 2019. aastal. Kui sellel pumbal olid elektroodid, mis vahelduvad vedelikuga täidetud kanali sees nagu põimitud sõrmed, siis kiudpump sisaldab positiivseid ja negatiivseid elektroode, mis on keritud vedelikuga täidetud toru sisemuse ümber. Elektroodide potentsiaalide erinevus ioniseerib vedelikus olevad molekulid ja kiirendab neid torust ülespoole. Kui ümbritsevad molekulid ioniseeritud molekulidega kinni jäävad, nihkub vedelik torus ülespoole, tekitades rõhu.

Pumba mehhanism põhineb elektroodide hoidmisel toru siseküljel nii, et nende ja vedeliku vahel oleks otsene kontakt, et nad saaksid sellesse laengu süstida. Väljakutsumise ajal leidsid teadlased vajaliku geomeetria saavutamiseks sobiva tee, keerates toru materjali ja elektroodid kokku ümber torni.

"Iga pumba mõõtmiseks mõeldav mõõdik muutub paremaks, kui muudate selle kiududeks vähemalt 10 korda," ütleb mähise geomeetria välja töötanud Smith, viidates rõhu, voolukiiruse, tõhususe ja võimsuse paranemisele. See on suuresti tänu pidevale pumpamisele mööda toru, mille annab spiraalne struktuur, mis viib sujuvama vedeliku vooluni, selgitab Shea.

Silindriline sümmeetria vähendab ka vedelikutakistust, samas kui juhtmed võivad pakkuda ka ioniseerivamat väljajaotust kui lamedad elektroodid. Seadme pakutav vedeliku võimsuse hüpe oli teadlastele teretulnud üllatus, kuna – nagu Smith märgib – on pumpa väga raske täpselt simuleerida kogu sellega seotud "seotud füüsika" tõttu.

Haptiline tunne

Pump on pehme eksoskeleti jaoks vajalikust tõhususest veel veidi eemal, kuid teadlased on näidanud, kui tõhus see võib olla haptiliste stiimulite tekitamiseks - objekti puudutamise tunne. Puutetundlikul ekraanil tippimise sumisev tunne on igapäevane näide puutetundlikkusest, kuid nagu Shea märgib, on "suur osa sellest, kuidas me maailma tajume, tegelikult soojusjuhtivus." Virtuaalses maailmas võib nende soojuskogemuste taasloomine parandada keelekümblustunnet, kuid seda on olnud keeruline rakendada. Kiudpumbad võivad jahutatud vedelikku lokaalselt tsirkuleerida, tekitades kohalikke termilisi haptilisi stiimuleid, ilma et oleks vaja suurt hulka eraldi pumpasid ja ventiile.

Juuni Zou on Hiina vedelikuenergia ja mehhatrooniliste süsteemide osariigi võtmelabori professor, kes on töötanud ka pehmete pumpade kallal. Kuigi ta ei osale selles uuringus, kirjeldab ta seda kui "käivitamise ja õmblemise tõhusat integreerimist kantavate rakenduste jaoks".

Andrew ConnÜhendkuningriigi Bristoli ülikooli pehme robootika ekspert, kes samuti ei osalenud, kirjeldab tööd kui "põnevat sammu" mugavate kantavate tehnoloogiate suunas füüsiliseks abistamiseks ja soojusreguleerimiseks. Ta rõhutab lihtsat valmistamismeetodit, mis võib suurendada toodetava kiudpumba pikkust. "See peaks aitama seda tehnoloogiat laborist välja viia ja praktilisteks kantavateks rakendusteks palju kiiremini üle kanda, " lisab ta, kuigi juhib tähelepanu ka sellele, et suured elektriväljad ja spetsiaalne pumbatav vedelik võivad praeguse disaini piirata.

Tekstiilikliinik: süsinik-nanotoru elektroodidega kohandatud venivad kangad jälgivad südant

"Töötame küll kõrge pingega, kuid pumpade energiatarve on väga tagasihoidlik," ütleb Smith vastuseks. Ta lisab, et kiudpumbad võivad olla akutoitel ja nende voolutugevus on tunduvalt madalam kui inimsuhtluse ohutuslävi.

Teadlased on näidanud, et kiudpumbad suudavad avaldada survet, mis on vajalik tehislihaste käivitamiseks, kinnastes termiliste stiimulite tekitamiseks ja aktiivsete jahutusrõivaste loomiseks. Tulevikus loodavad nad laiendada kasutatavate vedelike valikut, kuid praegu otsivad nad peamiselt viise, kuidas parandada kiudpumpade efektiivsust, muuta need pikemaks ja põimida neid teiste aktiivkiududega, nagu andurid ja täiturmehhanismid. ühel päeval toota pehme ja mugav eksoskelett.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/