可擴展的編織執行器為機器人和穿戴式裝置提供了新的可能性

以下翻译自原文：
在過去的幾十年裡，電子工程師為各種實際應用開發了越來越靈活、多功能和高性能的設備。他們的一些努力旨在創造智慧和感測紡織品，這些紡織品可用於製造彈性機器人系統、醫療設備和可穿戴技術。

江南大學的研究人員最近推出了一種新的紡織工程方法，用於製造用於醫療保健技術和機器人系統的編織和軟執行器。他們提出的製造策略在《細胞報告物理科學》的一篇論文中概述，既可擴展又易於設計，這可能有助於其未來的大規模採用。

「3D 列印和彈性體鑄造等傳統方法並不能完全滿足軟機器人和可穿戴設備對適應性和舒適性的需求，特別是在開發不僅靈活、功能齊全，而且成本低、易於定制和可擴展的集成設備方面”，該論文的通訊作者孫風新博士告訴 Tech Xplore。

「受到『紗線到衣服』製造方法的啟發，我們利用雙系統編織技術將感測功能和驅動模式無縫整合到軟機器人『服裝』中。”

孫和他的同事採用的技術在編織時將經紗和緯紗（用於將線轉化為織物的兩種基本成分）排列成清晰的平面佈局。這意味著它可以實現編織執行器的定制，這是透過仔細編程紗線的排列和成分來實現的。

「我們的方法可以實現個人化變形和即時感測回饋，使編織執行器對於康復可穿戴設備等應用特別有效，」孫博士說。 “感測紗線的製造非常簡單，類似於編織髮型的製作。使用工業編織機將導電紗線以螺旋圖案編織在彈性芯紗周圍，從而形成電流路徑。”

當用於編織致動器的紗線被拉伸時，由於導電紗線螺旋的分離，電流可以流動的路徑被關閉。這種結構的變化反過來會影響流經紗線的電訊號，從而能夠檢測應變。

「我們開發的感測紗線直接整合到我們的編織執行器的織物中，」孫博士說。 “本質上，當執行器移動時，紗線中的阻力會發生變化，這些數據可用於了解致動器的性能。”

使用該團隊的方法生產的感測紗線的一個獨特特徵是它們完全織成織物。這意味著它們不會為紡織品增加任何重量、剛度或體積，從而使致動器能夠監控自己的運動，而不會失去靈活性和適應性。

「借助兩系統編織技術，我們可以定制編織氣動執行器，使其僅在我們預期的方向上充氣，有效解決軟體機器人社區面臨的『氣球狀』充氣問題，」孫博士說。

「此外，我們的編織策略為製造多變形軟致動器提供了靈活且可擴展的解決方案，例如透過簡單地調整紗線張力、密度和編織結構，能夠在單氣源下進行雙邊彎曲、扭曲和螺旋的軟執行器。

研究人員展示了他們的紗線用於開發雙邊彎曲執行器的可行性，該執行器可用作軟機器人夾具。這些抓手可以用來模仿動物的動作，例如複製章魚觸手的延伸，將物體拉近並抓住它們。

「這些執行器在穿戴式復健設備中也有實際應用，它們可以為行動不便的人提供更精確和適應性的支持，」孫博士說。 “對這些執行器進行編程以模仿自然人類運動的能力意味著它們可以用於廣泛的輔助技術，使它們對用戶來說更加有效和舒適。”

未來，該研究團隊引入的紡織工程方法可用於製造用於醫療設備和機器人系統的各種柔性組件。孫博士和他的同事計劃繼續致力於推進紡織製造的技術應用，設計其他編織和針織策略。

「我們的目標是開發具有更高輸出和更受控方式的多功能運動的紡織執行器，」孫博士補充道。 「我們相信，改進分層紡織結構的設計將解決軟機器人社群面臨的關鍵挑戰，例如平衡軟致動器的靈活性和韌性。這個過程可以擴大基於紡織的軟機器人的潛在應用，並產生更大的影響關於日常生活。

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原文：https://techxplore.com/news/2024-08-scalable-woven-actuators-possibilities-robotics.html

更多資訊： Haoyun Li 等人，具有定向膨脹、雙邊彎曲和自我感知功能的紗線分組編織軟機器人用於醫療保健， Cell Reports Physical Science (2024)。 DOI：10.1016/j.xcrp.2024.102137
Journal information: Cell Reports Physical Science

油管：https://youtu.be/Uj6hZZSrxXQ