Американцы создали управляемый паром роботекстиль

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