Американские инженеры разработали роботекстиль, формой которого можно управлять с помощью изменения объема отдельных модулей-актуаторов, из которых он состоит. В основе лежит процесс испарения при нагревании и процесс конденсации при охлаждении жидкости. Изобретение может применяться для создания медицинских устройств, необходимых, например, для проведения механотерапии говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials Technologies.
Мягкие роботы и носимые мягкие устройства из текстиля благодаря безопасному взаимодействию с окружением и человеком отлично подходят для медицинского применения — например, для реабилитационной механотерапии. При этом большинство этих устройств содержит в своей конструкции пневматические или гидравлические актуаторы, для работы которых необходимо наличие насосов, клапанов и трубопроводов. Это дополнительное оборудование увеличивает вес конструкции и снижает мобильность, поэтому инженеры работают и над альтернативными конструкциями актуаторов.
Американские инженеры во главе с Конором Уолшем (Conor Walsh) и Ванессой Санчез (Vanessa Sanchez) из Института биоинженерии Висса Гарвардского университета разработали мягкий роботизированный текстиль, форму которого можно изменять с помощью актуаторов, основанных на фазовом переходе жидкость-пар и оснащенных системой управления с обратной связью.
Роботкань состоит из нескольких основных слоев и представляет собой матрицу из отдельных запаянных модулей, которые выполняют функции актуаторов. Внутри каждой ячейки находится вещество 1-метоксигептафторпропан — негорючая и малотоксичная жидкость с температурой кипения около 34 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении. При нагревании жидкости с помощью встроенного в модуль нагревателя происходит ее испарение. Расширяющийся пар расширяет модуль. После отключения нагревателя и снижения температуры до комнатной пар конденсируется, а ячейка уменьшается до первоначального состояния.
Давление внутри модулей отслеживается с помощью встроенных сенсоров и в случае необходимости через пропорционально-интегральный регулятор мощность нагревателя изменяется. Такая система позволяет реагировать на изменения внешней температуры, компенсируя ее влияние на актуатор.
Каждая ячейка состоит из трех основных слоев: слоя с сенсором давления, представляющим собой конденсатор с электродами из текстиля, слоя с нагревательным элементом и мембраны между ними.
При изготовлении слоя с нагревателем проводящий нейлон, покрытый серебром, приклеивается к подложке из нейлона, покрытой термопластичным полиуретаном. После этого лазер формирует из проводящего текстиля схему нагревательных элементов матрицы будущих модулей. Затем все элементы слоя с нагревателем скрепляются с помощью термопресса. Слой с емкостными датчиками давления изготавливается схожим образом. Затем все слои с нанесенными с внешней стороны управляющими электродами спаиваются вместе по периметру ячеек, заполняются жидкостью с помощью шприца и окончательно герметизируются.
В качестве основной области применения разработки инженеры называют медицину. Гибкость, легкость и модульность получившейся конструкции позволяют изготавливать носимые устройства необходимой формы. В частности, из роботекстиля можно создавать устройства для механотерапии и реабилитации пациентов, или умные программируемые подушки для инвалидов-колясочников. Возможно также, что новый роботекстиль найдет применение в индустрии моды и высокотехнологичной одежды.
Недавно мы рассказывали про разработку пневматического актуатора для мягких роботов, на основе которого инженеры создали робомедузу, способную передвигаться быстрее некоторых настоящих медуз.
Андрей Фокин
Американские инженеры предложили использовать настенных роботов в качестве интерактивной системы хранения вещей. Они могут перемещаться по стене, подвозить человеку нужные вещи или увозить их обратно. Видео с демонстрацией работы прототипа опубликовано на YouTube.