Tutkijat kehittävät robottitekstiileistä puuttuvaa komponenttia

Pehmeän robotiikan pulma on jo vuosia ollut se, että suuri osa vaatii jonkinlaisen pumpun, jota on tähän asti ollut saatavilla vain perinteisemmissä, puemattomissa muodoissa. Anturit, toimilaitteet sekä energian varastointi- ja tuotantolaitteet on kaikki kehitetty pehmeiksi kuituiksi, jotka voidaan kutoa saumattomasti vaatteisiin. Kehitetyillä pehmeillä pumpuilla ei kuitenkaan ole nestevoimaa, jotta ne olisivat todella käyttökelpoisia, eikä niitä ole valmistettu kuituina.

Raportoivat löydöstään tiede, Michael Smith, Vito Cacucciolo ja Herbert Shea École Polytechnique Fédérale de Lausannessa (EPFL) Sveitsissä ovat kehittäneet pehmeän hydraulipumpun, joka ei ainoastaan ​​päihitä aiemmin saavutettua nestetehoa kertoimella kymmenen, vaan on myös kuidun muotoinen.

"Hydraulinen käyttö on mielenkiintoista, koska se on pehmeä ja mukautuva, ja sen voi laittaa vartalolle", Shea sanoo. Häntä ja hänen kollegansa olivat suurelta osin motivoivat pitkän aikavälin tavoitteet kehittää pehmeä ja mukava ulkoluuranko, jota joku voisi käyttää esimerkiksi kuntoutukseen tai voiman tukemiseen tai antaa liikuntarajoitteisille mahdollisuuden kävellä.

Kuitupumppu toimii sähköhydrodynamiikkaan perustuvan periaatteen mukaisesti, jonka se jakaa a joustava pumppu jonka Shean ryhmä osoitti vuonna 2019. Siinä missä pumpussa oli elektrodit, jotka vuorottelivat nesteellä täytetyn kanavan sisäpuolella kuten lomitettuja sormia, mutta kuitupumppu sisältää positiivisia ja negatiivisia elektrodeja, jotka on kierretty nesteellä täytetyn putken sisäpuolelle. Elektrodien välinen potentiaaliero ionisoi nesteen molekyylejä ja kiihdyttää niitä putkeen. Kun ympäröivät molekyylit takertuvat ionisoituneisiin molekyyleihin, neste siirtyy ylöspäin putkessa muodostaen painetta.

Pumpun mekanismi perustuu siihen, että elektrodit pidetään paikoillaan putken sisäpuolella siten, että niiden ja nesteen välillä on suora kosketus, jotta ne voivat ruiskuttaa siihen varauksen. Vaikka tutkijat olivat haastavia, ne löysivät näppärän reitin vaadittuun geometriaan kiertämällä putkimateriaalia ja elektrodeja yhteen karan ympärillä.

"Kaikki mittarit, joita voit ajatella pumpun mittaamiseksi, paranevat, kun teet siitä vähintään 10-kertaisen kuidun", sanoo kelageometrian kehittänyt Smith viitaten parannuksiin paineessa, virtausnopeudessa, tehokkuudessa ja tehossa. Tämä johtuu suurelta osin kierteisen rakenteen antamasta jatkuvasta pumppauksesta putkea pitkin, mikä johtaa tasaisempaan nestevirtaukseen, Shea selittää.

Sylinterimäinen symmetria alentaa myös nesteimpedanssia, kun taas johdot voivat myös tarjota ionisoivamman kentän jakautumisen kuin litteät elektrodit. Laitteen tuottama nestevoiman nousu tuli tutkijoille tervetulleena yllätyksenä, sillä – kuten Smith huomauttaa – pumppua on erittäin vaikea simuloida tarkasti kaiken siihen liittyvän "kytketyn fysiikan" vuoksi.

Haptinen tunne

Pumppu on vielä vähän kaukana pehmeän eksoskeleton vaatimasta tehokkuudesta, mutta tutkijat ovat osoittaneet, kuinka tehokas se voi olla haptisten ärsykkeiden – kohteen kosketuksen tunteen – synnyttämisessä. Kosketusnäytöllä kirjoittamisen kumiseva tunne on arkipäiväinen esimerkki kosketushaptiikasta, mutta kuten Shea huomauttaa, "suurin osa siitä, miten koemme maailman, on itse asiassa lämmönjohtavuus." Virtuaalimaailmassa näiden lämpökokemusten uudelleenluominen voi parantaa uppoamisen tunnetta, mutta sen toteuttaminen on ollut vaikeaa. Kuitupumput voivat kierrättää jäähdytettyä nestettä paikallisesti luoden paikallisia lämpöhaptisia ärsykkeitä tarvitsematta valtavaa joukkoa erillisiä pumppuja ja venttiileitä.

Kesäkuu Zou on professori State Key Lab of Fluid Power and Mechatronic Systemsissä Kiinassa ja on työskennellyt myös pehmeiden pumppujen parissa. Vaikka hän ei ole mukana tässä tutkimuksessa, hän kuvailee sitä "toimien ja ompelemisen tehokkaaksi integraatioksi puettavissa sovelluksissa".

Andrew ConnPehmeän robotiikan asiantuntija Bristolin yliopistosta Iso-Britanniasta, joka ei myöskään ollut mukana, kuvailee työtä "jännittäväksi askeleeksi" kohti mukavia puettavia teknologioita fyysiseen apuun ja lämmönsäätöön. Hän korostaa yksinkertaista valmistusmenetelmää, joka voi skaalata tuotetun kuitupumpun pituutta. "Tämän pitäisi auttaa kääntämään tämä tekniikka ulos laboratoriosta ja käytännöllisiksi puetettaviksi sovelluksiksi paljon nopeammin", hän lisää, vaikka hän huomauttaa myös, että suuret sähkökentät ja erikoistunut pumpattava neste voivat rajoittaa nykyistä suunnittelua.

Tekstiiliklinikka: hiilinanoputkielektrodeilla räätälöidyt venyvät kankaat valvovat sydäntä

"Käytämme korkealla jännitteellä, mutta pumppujen virrankulutus on hyvin vaatimaton", Smith vastaa. Hän lisää, että kuitupumput voivat olla akkukäyttöisiä ja kuljettaa virtaa reilusti ihmisen vuorovaikutuksen turvakynnysten alapuolella.

Tutkijat ovat osoittaneet, että kuitupumput voivat kohdistaa tarvittavan paineen keinotekoisten lihasten aktivoimiseen, lämpöhaptisten ärsykkeiden tekemiseen käsineissä ja aktiivisten jäähdytysvaatteiden luomiseen. Tulevaisuudessa he toivovat laajentavansa käyttämiensä nesteiden valikoimaa, mutta nyt he etsivät ensisijaisesti tapoja parantaa kuitupumppujen tehokkuutta, pidentää niitä ja kutoa niitä yhteen muiden aktiivisten kuitujen, kuten antureiden ja toimilaitteiden kanssa. jonain päivänä tuottaa pehmeä ja mukava eksoskeleton.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/