紗線“織”成可穿戴氣動軟機(jī)器人在醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景

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10月17日從江南大學(xué)紡織研究所獲悉，該校副研究員孫豐鑫團(tuán)隊利用工業(yè)編織技術(shù)靈活定制紗線組合，開發(fā)出一種基于織物工程設(shè)計的編織氣動軟機(jī)器人。相關(guān)成果發(fā)表于期刊《細(xì)胞報告物理科學(xué)》。

如今，可穿戴設(shè)備正逐漸進(jìn)入大眾視野。不過，傳統(tǒng)可穿戴設(shè)備如輔助病人行走的外骨骼機(jī)器人等，大多采用硬質(zhì)材料。隨著應(yīng)用場景的不斷豐富，如何讓可穿戴設(shè)備更加柔和、安全和舒適，同時具備靈活、精準(zhǔn)的變形能力，成為近年來柔性傳感技術(shù)研究人員思考的問題。

在這一背景下，智能軟機(jī)器人的概念應(yīng)運(yùn)而生。目前，大多數(shù)柔性傳感器與驅(qū)動器的集成大多依賴鑄造、黏合或化學(xué)涂層等方法，這種“附加式”設(shè)計容易導(dǎo)致材料間界面應(yīng)力不兼容，影響機(jī)器人的運(yùn)動性能和穩(wěn)定性。

孫豐鑫介紹，傳統(tǒng)的軟氣動驅(qū)動器通常采用硅膠等彈性材料。這種材料充氣時會產(chǎn)生全方位的“氣球式”膨脹，變形操控性較差。而該研究團(tuán)隊所研制的編織驅(qū)動器，是以織物結(jié)構(gòu)和材料組合、運(yùn)用經(jīng)緯紗雙系統(tǒng)的機(jī)織工藝設(shè)計而成。這種方法通過定制化設(shè)計編織層不同區(qū)域的紗線張力形態(tài)，可有效控制不同區(qū)域的彈性差異，從而實現(xiàn)氣動機(jī)器人的智能變形。

此外，內(nèi)置的應(yīng)變感知紗線是該技術(shù)的另一大亮點。研究人員利用創(chuàng)新的織物編程設(shè)計方法，使得編織氣動軟機(jī)器人具備了自感應(yīng)和智能反饋的功能，這一功能使得驅(qū)動器能夠在復(fù)雜、不可見的環(huán)境中也可進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，有效避免傳統(tǒng)“附加式”傳感器帶來的界面應(yīng)力不兼容問題。

孫豐鑫介紹，該軟機(jī)器人集成了定向驅(qū)動、雙側(cè)彎曲及自感知功能，在醫(yī)療護(hù)理和安全人機(jī)交互等領(lǐng)域均有著獨(dú)特優(yōu)勢和廣闊前景。