Tokom poslednjih nekoliko decenija, inženjeri elektronike su razvili sve fleksibilnije, svestranije uređaje sa visokim performansama za širok spektar primena u stvarnom svetu. Neki od njihovih napora bili su usmereni na stvaranje pametnog i osetljivog tekstila, koji bi se mogao koristiti za proizvodnju rastezljivih robotskih sistema, medicinskih uređaja i nosivih tehnologija.
Istraživači sa Univerziteta Jiangnan nedavno su predstavili novi pristup tekstilnog inženjeringa za proizvodnju tkanih i mekih pokretača za zdravstvene tehnologije i robotske sisteme. Njihova predložena strategija izrade, opisana u radu u Cell Reports Phisical Science, je i skalabilna i lako dizajnirana, što bi moglo doprineti njenom budućem širokom usvajanju.
„Konvencionalne metode poput 3D štampanja i livenja elastomera nisu u potpunosti zadovoljile potrebu za prilagodljivošću i udobnošću u mekoj robotici i nosivim uređajima, posebno u smislu razvoja integrisanih uređaja koji nisu samo fleksibilni i funkcionalni, već i jeftini, lako prilagodljivi i skalabilni“, rekao je za Tech Xsplore dr Fengkin Sun, odgovarajući autor rada.
„Inspirisani metodom proizvodnje ‘pređe za odeću’, koristili smo dvosistemsku tehnologiju tkanja kako bismo neprimetno integrisali i senzorne sposobnosti i načine aktiviranja u meke robotske ‘odeće’.“
Tehnologija koju koriste Sun i njegove kolege raspoređuje prediva osnove i potke (dve osnovne komponente koje se koriste za pretvaranje niti u tkanine) u jasan ravan raspored dok ih tkaju. To znači da omogućava prilagođavanje tkanih pokretača, što se postiže pažljivim programiranjem rasporeda i sastava prediva.
„Naš pristup omogućava personalizovano preoblikovanje i povratnu informaciju u realnom vremenu, čineći tkane aktuatore posebno efikasnim za aplikacije kao što su rehabilitacioni uređaji za nošenje“, rekao je dr Sun. „Izrada senzorske pređe je prilično jednostavna, nalik stvaranju frizure sa pletenicama. Provodna prediva se plete u spiralnom uzorku oko rastezljivog jezgra pomoću industrijske mašine za pletenje, stvarajući puteve za električnu struju.“
Kada se predivo koje se koristi za tkanje pokretača rastegne, putevi kroz koje može da teče električna struja se isključuju, zbog razdvajanja spirala provodnih prediva. Ova promena strukture zauzvrat utiče na električne signale koji teku kroz predivo, omogućavajući tako detekciju deformacije.
„Osetljiva prediva koju smo razvili su integrisana direktno u tkaninu naših tkanih aktuatora“, rekao je dr Sun. „U suštini, kako se aktuator kreće, otpor u predivi se menja, a ovi podaci se mogu koristiti da se razume kako aktuator radi.“
Jedinstvena karakteristika senzorskih prediva proizvedenih metodom tima je da su u potpunosti utkane u tkanine. To znači da ne dodaju nikakvu težinu, krutost ili glomaznost tekstilu, omogućavajući aktuatorima da prate sopstvene pokrete bez gubitka fleksibilnosti i prilagodljivosti.
„Zahvaljujući tehnologiji dvosistemskog tkanja, možemo da prilagodimo tkane pneumatske aktuatore da se naduvavaju samo u našim očekivanim smerovima, efikasno rešavajući problem ‘balonskog’ naduvavanja sa kojim se suočava zajednica mekih robota,“ rekao je dr Sun.
„Štaviše, naša strategija tkanja nudi fleksibilno i skalabilno rešenje za proizvodnju mekih pokretača sa više oblika, kao što su oni koji su sposobni za bilateralno savijanje, uvijanje i spiralno uvijanje pod jednim dovodom vazduha, jednostavnim podešavanjem napetosti, gustine i tkane strukture. “
Istraživači su pokazali izvodljivost svog prediva za razvoj bilateralnih pokretača savijanja, koji bi se mogli koristiti kao mekani robotski hvatači. Ove hvataljke bi se mogle koristiti za oponašanje pokreta životinja, na primer, reprodukovanje produžetka pipaka hobotnice kako bi se predmeti približili i uhvatili.
„Ovi aktuatori takođe imaju praktičnu primenu u nosivim uređajima za rehabilitaciju, gde mogu da pruže precizniju i prilagodljiviju podršku osobama sa izazovima u kretanju“, rekao je dr Sun. „Mogućnost programiranja ovih aktuatora da oponašaju prirodne ljudske pokrete znači da se mogu koristiti u širokom spektru pomoćnih tehnologija, što ih čini efikasnijim i udobnijim za korisnike.
U budućnosti, pristup tekstilnog inženjeringa koji je uveo ovaj tim istraživača mogao bi se koristiti za proizvodnju širokog spektra fleksibilnih komponenti za medicinske uređaje i robotske sisteme. Dr Sun i njegove kolege planiraju da nastave da rade na unapređenju proizvodnje tekstila za tehnološke primene, osmišljavajući druge strategije tkanja i pletenja.
„Cilj nam je da razvijemo tekstilne aktuatore sa poboljšanim izlazom i raznovrsnim pokretima na više kontrolisan način“, dodao je dr Sun. „Verujemo da će se rafiniranjem dizajna hijerarhijskih tekstilnih struktura pozabaviti ključnim izazovima sa kojima se suočava zajednica meke robotike, kao što je balansiranje fleksibilnosti i izdržljivosti u mekim aktuatorima. Ovaj proces bi mogao proširiti potencijalnu primenu meke robotike zasnovane na tekstilu i ostvariti veći uticaj u svakodnevnom životu“.
