Дослідники розробляють відсутній компонент у роботизованому текстилі

Протягом багатьох років проблема з м’якою робототехнікою полягала в тому, що багато з них вимагали якогось насоса, який досі був доступний лише у більш звичайних формах, які не можна було носити. Датчики, виконавчі механізми, а також пристрої накопичення та генерування енергії були розроблені у формі м’яких волокон, які можна бездоганно вплітати в одяг. Однак м’які насоси, які були розроблені, не мають достатньої рідинної потужності, щоб зробити їх справді корисними, і вони не були зроблені як волокна.

Повідомляючи про свої висновки в наука, Майкл Сміт, Віто Какуччоло та Герберт Ши у École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) у Швейцарії розробили м’який гідравлічний насос, який не лише в десять разів перевершує потужність рідини, досягнуту раніше, але й має форму волокна.

«Гідравлічний привід цікавий, тому що він м’який і гнучкий, і його можна надіти на тіло», — каже Ші. Його та його колег здебільшого мотивували довгострокові цілі щодо розробки м’якого зручного екзоскелета, який хтось міг би носити, наприклад, для реабілітації чи підтримки сили, або щоб люди з обмеженою рухливістю могли ходити.

Волокнистий насос працює на основі електрогідродинаміки, принципу якого він поділяє з a еластичний насос який група Ши продемонструвала в 2019 році. Тоді як цей насос мав електроди, які чергувалися всередині заповненого рідиною каналу, як переплетені пальці, волоконний насос містить позитивні та негативні електроди, згорнуті навколо внутрішньої сторони заповненої рідиною трубки. Різниця потенціалів між електродами іонізує молекули в рідині та прискорює їх угору по трубі. Оскільки навколишні молекули захоплюються іонізованими молекулами, рідина зміщується вгору по трубці, створюючи тиск.

Механізм насоса заснований на тому, що електроди утримуються на місці всередині трубки таким чином, що існує прямий контакт між ними та рідиною, щоб вони могли вводити в неї заряд. Незважаючи на складність, дослідники знайшли гарний шлях до необхідної геометрії, скручуючи матеріал трубки та електроди разом навколо оправки.

«Будь-яка метрика, яку ви можете придумати для вимірювання насоса, стає кращою, коли ви перетворюєте його на волокно принаймні в 10 разів», — каже Сміт, який розробив геометрію намотування, посилаючись на покращення тиску, швидкості потоку, ефективності та потужності. Це значною мірою завдяки безперервній накачці вздовж труби, яку дає спіральна структура, що призводить до більш плавного потоку рідини, пояснює Ши.

Циліндрична симетрія також знижує імпеданс рідини, тоді як дроти також можуть забезпечувати більш іонізуючий розподіл поля, ніж плоскі електроди. Стрибок рідинної потужності, що забезпечується пристроєм, став приємним сюрпризом для дослідників, оскільки, як зазначає Сміт, насос дуже важко точно змоделювати через усі задіяні «пов’язані фізики».

Тактильні відчуття

Насос ще трохи відстає від ефективності, необхідної для м’якого екзоскелета, але дослідники продемонстрували, наскільки він може бути ефективним для створення тактильних стимулів – відчуття дотику до об’єкта. Відчуття дзижчання під час набору тексту на сенсорному екрані є повсякденним прикладом тактильних відчуттів, але, як зазначає Ши, «багато з того, як ми сприймаємо світ, насправді залежить від теплопровідності». У віртуальному світі відтворення цих теплових вражень може покращити відчуття занурення, але це було важко реалізувати. Волоконні насоси можуть локально циркулювати охолоджену рідину, створюючи локальні теплові тактильні подразники без потреби у величезному наборі окремих насосів і клапанів.

Джун Цзоу є професором Державної ключової лабораторії гідравлічних і мехатронних систем у Китаї, який також працював над м’якими насосами. Незважаючи на те, що він не бере участі в цьому дослідженні, він описує його як «ефективну інтеграцію активації та можливості зшивання для носимих пристроїв».

Ендрю Конн, експерт з м’якої робототехніки з Університету Брістоля у Великій Британії, який також не брав участі, описує роботу як «захоплюючий крок» до комфортних технологій для фізичної допомоги та терморегуляції. Він підкреслює простий метод виготовлення, який може збільшити довжину виготовленого волоконного насоса. «Це повинно допомогти набагато швидше перевести цю технологію з лабораторії на практичне використання переносних пристроїв», — додає він, хоча він також зазначає, що великі електричні поля та спеціальна рідина, що перекачується, можуть бути обмеженнями поточної конструкції.

Текстильна клініка: розтяжні тканини, пошиті з електродами з вуглецевих нанотрубок, контролюють серце

«Ми справді працюємо під високою напругою, але енергоспоживання насосів дуже скромне», — каже Сміт у відповідь. Він додає, що волоконно-волоконні насоси можуть працювати від батарейок і передавати струм значно нижче будь-яких порогів безпеки для взаємодії з людьми.

Дослідники продемонстрували, що волокнисті насоси можуть застосовувати тиск, необхідний для активації штучних м’язів, відтворення теплових тактильних подразників у рукавичках і створення активного охолоджуючого одягу. У майбутньому вони сподіваються розширити вибір рідин, які вони використовують, але зараз вони в основному шукають способи покращити ефективність волоконних насосів, зробити їх довшими та переплести їх з іншими активними волокнами, такими як датчики та приводи, щоб, можливо, в один прекрасний день створять м’який і зручний екзоскелет.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/