연구원들은 로봇 직물에서 누락된 구성 요소를 개발합니다.

수년 동안 소프트 로봇 공학의 걸림돌은 지금까지 보다 전통적인 착용할 수 없는 형태로만 사용할 수 있었던 일종의 펌프가 필요하다는 것입니다. 센서, 액추에이터, 에너지 저장 및 생성 장치는 모두 옷에 매끄럽게 엮을 수 있는 부드러운 섬유 형태로 개발되었습니다. 그러나 개발된 소프트 펌프는 실제로 유용하게 사용할 수 있는 유체 동력이 부족하고 섬유로 만들어지지 않았습니다.

에서 발견한 내용 보고 과학, 마이클 스미스, 비토 카쿠치올로 및 허버트 시어 스위스의 École Polytechnique Fédérale de Lausanne(EPFL)에서 이전에 달성한 유체 동력을 XNUMX배 이상 능가할 뿐만 아니라 섬유 형태를 취하는 부드러운 유압 펌프를 개발했습니다.

"유압 작동은 부드럽고 순응적이며 신체에 장착할 수 있기 때문에 흥미롭습니다."라고 Shea는 말합니다. 그와 그의 동료들은 예를 들어 누군가가 재활이나 근력 지원을 위해 착용할 수 있거나 이동성이 제한된 사람이 걸을 수 있도록 하는 부드럽고 편안한 외골격을 개발하려는 장기 목표에 크게 동기를 부여받았습니다.

화이버 펌프는 전기유체역학을 기반으로 작동합니다. 신축성 있는 펌프 Shea의 그룹이 2019년에 시연한 것입니다. 그 펌프에는 인터레이스 핑거처럼 유체로 채워진 채널 내부를 따라 번갈아 가며 전극이 있는 반면, 파이버 펌프에는 유체로 채워진 튜브 내부에 감긴 양극 및 음극이 포함되어 있습니다. 전극 사이의 전위차는 유체의 분자를 이온화하고 튜브 위로 가속시킵니다. 주변 분자가 이온화된 분자에 갇히면 유체가 튜브 생성 압력을 위로 이동합니다.

펌프의 메커니즘은 전극과 유체 사이에 직접 접촉하여 전하를 주입할 수 있도록 튜브 내부의 제 위치에 고정된 전극에 의존합니다. 도전하는 동안 연구원들은 맨드릴 주위에 튜브 재료와 전극을 함께 비틀어 필요한 형상에 대한 깔끔한 경로를 찾았습니다.

"펌프를 측정하기 위해 생각할 수 있는 모든 메트릭은 펌프를 섬유로 만들 때 적어도 10배 이상 향상됩니다." 코일링 기하학을 개발한 Smith는 압력, 유속, 효율성 및 전력의 개선을 언급하며 말합니다. 이것은 주로 나선형 구조가 제공하는 튜브를 따라 연속적으로 펌핑되어 보다 부드러운 유체 흐름을 유도하기 때문이라고 Shea는 설명합니다.

원통형 대칭은 또한 유체 임피던스를 낮추는 반면 와이어는 평평한 전극보다 더 많은 이온화 필드 분포를 제공할 수 있습니다. Smith가 지적한 것처럼 펌프는 관련된 모든 "결합된 물리학"으로 인해 정확하게 시뮬레이션하기가 매우 어렵기 때문에 장치에 의해 전달되는 유체 동력의 도약은 연구원들에게 반가운 놀라움이었습니다.

촉각 감각

펌프는 여전히 부드러운 외골격에 필요한 효율성에서 약간 떨어져 있지만 연구자들은 촉각 자극(물체를 만지는 느낌)을 생성하는 데 얼마나 효과적인지 입증했습니다. 터치 스크린에서 타이핑할 때 윙윙거리는 느낌은 촉각 촉각의 일상적인 예이지만 Shea가 지적한 것처럼 "우리가 세상을 인식하는 방식의 대부분은 실제로 열 전도성입니다." 가상 세계에서 이러한 열적 경험을 재현하면 몰입감을 향상시킬 수 있지만 구현하기 어려웠습니다. 파이버 펌프는 냉각된 유체를 국부적으로 순환할 수 있어 별도의 펌프 및 밸브가 많이 필요하지 않고 국부적인 열 햅틱 자극을 생성합니다.

주준 소프트 펌프에 대해서도 연구한 중국의 유체 동력 및 메카트로닉 시스템의 국가 핵심 연구실 교수입니다. 이 연구에 참여하지는 않았지만 그는 "웨어러블 애플리케이션을 위한 작동 및 스티칭의 효과적인 통합"이라고 설명합니다.

앤드류 콘영국 브리스톨 대학교(University of Bristol)의 소프트 로봇 공학 전문가인 는 이 작업을 물리적 지원 및 열 조절을 위한 편안한 웨어러블 기술을 향한 "흥미로운 단계"라고 설명합니다. 그는 생산된 파이버 펌프의 길이를 확장할 수 있는 간단한 제조 방법을 강조합니다. "이것은 이 기술을 실험실 밖으로 훨씬 더 빨리 실용적인 웨어러블 애플리케이션으로 변환하는 데 도움이 될 것입니다."라고 그는 덧붙이지만 큰 전기장과 특수 펌핑 유체가 현재 설계의 한계일 수 있다고 지적합니다.

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"우리는 고전압에서 작동하지만 펌프의 전력 소비는 매우 적습니다."라고 Smith는 말합니다. 그는 파이버 펌프가 배터리로 작동할 수 있고 인간 상호 작용을 위한 안전 임계값보다 훨씬 낮은 전류를 전달할 수 있다고 덧붙였습니다.

연구원들은 섬유 펌프가 인공 근육을 작동시키는 데 필요한 압력을 가하고 장갑에 열 햅틱 자극을 제공하며 능동적인 냉각 의류를 만들 수 있음을 입증했습니다. 미래에 그들은 그들이 사용하는 액체의 선택을 넓히기를 희망하지만, 지금은 섬유 펌프의 효율성을 개선하고, 펌프를 더 길게 만들고, 센서 및 액추에이터와 같은 다른 활성 섬유와 엮는 방법을 주로 찾고 있습니다. 언젠가는 부드럽고 편안한 외골격을 생산합니다.

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