研究者は、ロボット テキスタイルで不足しているコンポーネントを開発します。

何年もの間、ソフトロボティクスの難点は、その多くがある種のポンプを必要とすることでした. センサー、アクチュエーター、エネルギー貯蔵および生成デバイスはすべて、衣類にシームレスに織り込むことができる柔らかい繊維の形で開発されています。 しかし、開発されたソフトポンプは、それらを本当に有用にする流体力を欠いており、繊維としては作られていません.

調査結果を報告する 科学, マイケル·スミス, ヴィト・カッチョロ および ハーバートシェア スイスの École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) では、以前に達成された流体力を XNUMX 倍上回るだけでなく、繊維の形をとるソフト油圧ポンプを開発しました。

「油圧作動は、柔らかく順応性があり、体に装着できるので興味深いものです」と Shea 氏は言います。 彼と彼の同僚は、例えば、誰かがリハビリテーションや筋力サポートのために着用できるソフトで快適な外骨格を開発したり、運動制限のある人が歩けるようにしたりするという長期的な目標に大きく動機付けられていました.

ファイバー ポンプは、電気流体力学に基づいて動作します。 伸縮性のあるポンプ Shea のグループは 2019 年にそれを実証しました。そのポンプには、絡み合った指のように流体で満たされたチャネルの内側に沿って交互に配置された電極がありましたが、ファイバー ポンプには、流体で満たされたチューブの内側に巻き付けられた正と負の電極が含まれています。 電極間の電位差は、流体内の分子をイオン化し、チューブを加速します。 周囲の分子がイオン化された分子に巻き込まれると、流体がチューブ内を移動して圧力が発生します。

ポンプのメカニズムは、チューブの内側に保持されている電極に依存しており、電極と流体が直接接触して電荷を注入できるようになっています。 挑戦的ではありましたが、研究者はマンドレルの周りでチューブ材料と電極を一緒にねじることによって、必要な形状への巧妙なルートを見つけました。

「ポンプを測定するために考えられるあらゆる測定基準は、少なくとも 10 倍の係数でファイバーにすると、より良くなります」と、コイリング ジオメトリを開発したスミス氏は、圧力、流量、効率、および電力の改善を挙げて述べています。 これは主に、らせん構造が与えるチューブに沿った継続的なポンピングのおかげであり、これにより流体の流れがよりスムーズになります、と Shea は説明します。

円筒対称性はまた、流体インピーダンスを低下させますが、ワイヤはまた、フラット電極よりも電離場分布を提供する可能性があります。 スミスが指摘するように、すべての「結合物理学」が関係しているため、ポンプを正確にシミュレートすることは非常に困難であるため、デバイスによって提供される流体力の飛躍は研究者にとって歓迎すべき驚きでした。

触覚

ポンプは柔らかい外骨格に必要な効率からはまだ少し離れていますが、研究者は触覚刺激 (物体に触れる感覚) を生成するのにどれほど効果的であるかを実証しました。 タッチ スクリーンでタイピングするときのうなりのような感覚は、触覚ハプティクスの日常的な例ですが、Shea が指摘するように、「私たちが世界を知覚する方法の多くは、実際には熱伝導率です。」 仮想世界では、これらの熱体験を再現することで没入感を向上させることができますが、実装は困難でした。 ファイバー ポンプは冷却された液体を局所的に循環させることができ、個別のポンプやバルブを大量に配置する必要なく、局所的な熱触覚刺激を生み出すことができます。

じゅんぞう 中国の流体動力およびメカトロニクス システムの国家重要研究所の教授であり、ソフト ポンプにも取り組んできました。 この研究には関与していませんが、彼はそれを「ウェアラブル アプリケーションの作動と縫合性の効果的な統合」と説明しています。

アンドリュー・コン英国のブリストル大学のソフトロボティクスの専門家であり、彼も関与していませんでしたが、この研究は、身体的支援と体温調節のための快適なウェアラブル技術に向けた「エキサイティングなステップ」であると説明しています。 彼は、製造されたファイバーポンプの長さをスケールアップできる単純な製造方法を強調しています。 「これは、この技術を実験室から実用的なウェアラブル アプリケーションにはるかに迅速に変換するのに役立つはずです」と彼は付け加えますが、大きな電界と特殊なポンプ流体が現在の設計の制限になる可能性があることも指摘しています。

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「私たちは高電圧で動作しますが、ポンプの電力消費は非常に控えめです」とスミス氏は答えます。 彼は、ファイバーポンプはバッテリー駆動で、人間の相互作用に対する安全しきい値をはるかに下回る電流を流すことができると付け加えています.

研究者は、ファイバーポンプが人工筋肉を作動させるのに必要な圧力を適用し、手袋に熱触覚刺激を与え、アクティブな冷却衣服を作成できることを実証しました. 将来的には、使用する液体の選択肢を広げたいと考えていますが、現在は主に、ファイバー ポンプの効率を改善し、ポンプを長くし、センサーやアクチュエーターなどの他のアクティブ ファイバーと織り交ぜる方法を検討しています。いつの日か、柔らかく快適な外骨格を生み出します。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/