Peneliti mengembangkan komponen yang hilang dalam tekstil robot

Selama bertahun-tahun halangan dengan robotika lunak adalah bahwa banyak darinya membutuhkan semacam pompa yang, sampai sekarang, hanya tersedia dalam bentuk konvensional yang tidak dapat dipakai. Sensor, aktuator, serta perangkat penyimpan dan pembangkit energi, semuanya telah dikembangkan dalam bentuk serat lembut yang dapat ditenun dengan mulus menjadi pakaian. Namun, pompa lunak yang telah dikembangkan kekurangan tenaga fluida untuk membuatnya sangat berguna, dan belum dibuat sebagai serat.

Melaporkan temuan mereka di Ilmu, Michael Smith, Vito Caccucciolo dan Herbert Shea di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Swiss telah mengembangkan pompa hidrolik lunak yang tidak hanya mengalahkan tenaga fluida yang sebelumnya dicapai dengan faktor sepuluh tetapi juga berbentuk serat.

“Penggerak hidrolik menarik karena lembut dan patuh, dan Anda dapat memasangnya di tubuh,” kata Shea. Dia dan rekan-rekannya sebagian besar termotivasi oleh tujuan jangka panjang untuk mengembangkan kerangka luar yang lembut dan nyaman yang dapat dikenakan seseorang untuk rehabilitasi atau dukungan kekuatan, misalnya, atau untuk memungkinkan seseorang dengan mobilitas terbatas untuk berjalan.

Pompa serat beroperasi berdasarkan elektrohidrodinamika, prinsip yang sama dengan a pompa elastis yang ditunjukkan oleh kelompok Shea pada tahun 2019. Sedangkan pompa tersebut memiliki elektroda yang bergantian di sepanjang bagian dalam saluran berisi cairan seperti jari yang terjalin, pompa serat berisi elektroda positif dan negatif yang melingkari bagian dalam tabung berisi cairan. Perbedaan potensial antara elektroda mengionisasi molekul dalam cairan dan mempercepatnya di atas tabung. Saat molekul di sekitarnya terjebak dengan molekul terionisasi, cairan bergeser ke atas menghasilkan tekanan tabung.

Mekanisme pompa bergantung pada elektroda yang ditahan di bagian dalam tabung sehingga ada kontak langsung antara elektroda dan cairan sehingga dapat menyuntikkan muatan ke dalamnya. Sambil menantang, para peneliti menemukan rute rapi ke geometri yang dibutuhkan dengan memutar bahan tabung dan elektroda bersama-sama di sekitar mandrel.

“Metrik apa pun yang dapat Anda pikirkan untuk mengukur pompa menjadi lebih baik saat Anda membuatnya menjadi serat dengan faktor minimal 10,” kata Smith, yang mengembangkan geometri melingkar, mengutip peningkatan tekanan, laju aliran, efisiensi, dan daya. Ini sebagian besar berkat pemompaan terus menerus di sepanjang tabung yang diberikan oleh struktur heliks, yang mengarah ke aliran fluida yang lebih lancar, jelas Shea.

Silindris simetri juga menurunkan impedansi fluida, sedangkan kabel juga dapat memberikan distribusi medan pengion lebih dari elektroda datar. Lompatan dalam daya fluida yang dihasilkan oleh perangkat tersebut merupakan kejutan yang disambut baik oleh para peneliti, karena – seperti yang ditunjukkan Smith – pompa sangat sulit untuk disimulasikan secara akurat karena semua “fisika gabungan” yang terlibat.

Sensasi haptik

Pompa masih jauh dari efisiensi yang dibutuhkan untuk kerangka luar lunak, tetapi para peneliti telah menunjukkan seberapa efektifnya untuk menghasilkan rangsangan haptic – sensasi menyentuh suatu objek. Perasaan berdengung saat mengetik di layar sentuh adalah contoh sehari-hari dari haptics taktil, tetapi, seperti yang ditunjukkan Shea, "banyak dari cara kita memandang dunia sebenarnya adalah konduktivitas termal." Di dunia virtual, menciptakan kembali pengalaman termal ini dapat meningkatkan rasa pencelupan, tetapi sulit diterapkan. Pompa serat dapat mengedarkan cairan dingin secara lokal, menciptakan rangsangan haptik termal lokal tanpa memerlukan banyak pompa dan katup terpisah.

Juni Zou adalah seorang profesor di State Key Lab of Fluid Power and Mechatronic Systems di China yang juga bekerja pada pompa lunak. Meskipun tidak terlibat dalam penelitian ini, dia menggambarkannya sebagai “integrasi yang efektif dari aktuasi dan kemampuan menjahit untuk aplikasi yang dapat dipakai”.

Andrew Sambung, seorang ahli robotika lunak di University of Bristol di Inggris, yang juga tidak terlibat, menggambarkan pekerjaan tersebut sebagai "langkah yang menarik" menuju teknologi yang dapat dipakai dengan nyaman untuk bantuan fisik dan pengaturan termal. Dia menyoroti metode fabrikasi sederhana, yang dapat meningkatkan panjang pompa serat yang diproduksi. “Ini akan membantu menerjemahkan teknologi ini keluar dari laboratorium dan menjadi aplikasi praktis yang dapat dikenakan jauh lebih cepat,” tambahnya, meskipun ia juga menunjukkan bahwa medan listrik yang besar dan cairan yang dipompa khusus mungkin menjadi keterbatasan desain saat ini.

Klinik tekstil: kain yang dapat diregangkan yang disesuaikan dengan elektroda tabung nano karbon memantau jantung

“Kami memang beroperasi pada tegangan tinggi, tetapi konsumsi daya pompa sangat sederhana,” kata Smith menanggapi. Dia menambahkan bahwa pompa serat dapat bertenaga baterai dan membawa arus jauh di bawah ambang batas aman untuk interaksi manusia.

Para peneliti telah menunjukkan bahwa pompa serat dapat menerapkan tekanan yang diperlukan untuk menggerakkan otot buatan, memberikan rangsangan haptik termal pada sarung tangan, dan membuat pakaian pendingin aktif. Di masa depan mereka berharap untuk memperluas pemilihan cairan yang mereka gunakan, tetapi mereka sekarang terutama mencari cara untuk meningkatkan efisiensi pompa serat, membuatnya lebih panjang, dan menjalinnya dengan serat aktif lainnya seperti sensor dan aktuator, untuk mungkin suatu hari menghasilkan kerangka luar yang lembut dan nyaman.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/