研究人员开发了机器人纺织品中缺失的成分

多年来，软体机器人的障碍一直是它需要某种泵，直到现在，这种泵只能以更传统的不可穿戴形式使用。 传感器、执行器以及能量存储和发电设备都以软纤维的形式开发，可以无缝地编织到衣服中。 然而，已开发的软泵缺乏使它们真正有用的流体动力，并且还没有制成纤维。

报告他们的发现 科学, 迈克尔·史密斯, 维托·卡库乔洛 和 赫伯特谢伊 瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 开发了一种软液压泵，它不仅能将之前的流体动力提高十倍，而且还采用了纤维形式。

“液压驱动很有趣，因为它柔软且顺应，你可以把它放在身体上，”Shea 说。 他和他的同事在很大程度上受到长期目标的激励，即开发一种柔软舒适的外骨骼，例如，人们可以穿着这种外骨骼进行康复或力量支持，或者让行动不便的人能够行走。

纤维泵基于电流体动力学运行，该原理与 弹力泵 Shea 的团队在 2019 年展示了这一点。虽然该泵的电极像交错的手指一样沿着充满液体的通道内部交替，但纤维泵包含缠绕在充满液体的管内部的正极和负极。 电极之间的电势差使流体中的分子电离并加速它们向上移动。 当周围的分子被电离分子捕获时，流体向上移动管产生压力。

泵的机制依赖于固定在管内的电极，这样它们与流体直接接触，因此它们可以向其中注入电荷。 虽然具有挑战性，但研究人员通过将管材料和电极围绕心轴扭曲在一起，找到了获得所需几何形状的简洁路径。

“当你把它做成纤维时，你能想到的任何衡量泵的指标都会变得更好，至少提高 10 倍，”史密斯说，他开发了盘绕几何形状，并提到了压力、流速、效率和功率的改进。 Shea 解释说，这在很大程度上要归功于螺旋结构提供的沿着管道的连续泵送，从而使流体流动更加顺畅。

圆柱对称性还降低了流体阻抗，而导线也可以提供比平面电极更多的电离场分布。 该设备提供的流体动力的飞跃令研究人员感到惊喜，因为正如史密斯指出的那样，由于涉及所有“耦合物理”，泵很难准确模拟。

触感

该泵距离软外骨骼所需的效率还有一段距离，但研究人员已经证明它可以有效地产生触觉刺激——触摸物体的感觉。 在触摸屏上打字的嗡嗡声是触觉触觉的一个日常例子，但正如 Shea 指出的那样，“我们感知世界的很多方式实际上是热传导。” 在虚拟世界中，重现这些热体验可以提高沉浸感，但一直难以实现。 纤维泵可以局部循环冷却液，从而产生局部热触觉刺激，而无需大量单独的泵和阀门。

邹军 中国流体动力与机电系统国家重点实验室教授，同时从事软泵方面的工作。 虽然没有参与这项研究，但他将其描述为“可穿戴应用的驱动和可缝合性的有效集成”。

安德鲁·康恩英国布里斯托尔大学的软体机器人专家（也未参与）将这项工作描述为迈向用于物理辅助和热调节的舒适可穿戴技术的“激动人心的一步”。 他强调了简单的制造方法，可以扩大生产的光纤泵的长度。 “这应该有助于将这项技术更快地从实验室转化为实际的可穿戴应用，”他补充道，不过他也指出，大电场和专门的泵送流体可能是当前设计的局限性。

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“我们确实在高压下运行，但泵的功耗非常适中，”史密斯回应道。 他补充说，纤维泵可以由电池供电，并且携带的电流远低于人类互动的任何安全阈值。

研究人员已经证明，纤维泵可以施加驱动人造肌肉所需的压力，在手套中产生热触觉刺激，并制造主动冷却服装。 在未来，他们希望扩大他们使用的液体的选择范围，但他们现在主要在寻找提高纤维泵效率的方法，使它们更长，并将它们与传感器和执行器等其他活性纤维交织在一起，也许总有一天会制造出柔软舒适的外骨骼。

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