Atuadores tecidos escaláveis ​​oferecem novas possibilidades para robótica e dispositivos vestíveis

Nas últimas décadas, engenheiros eletrônicos desenvolveram dispositivos cada vez mais flexíveis, versáteis e de alto desempenho para uma ampla gama de aplicações do mundo real. Alguns de seus esforços foram direcionados à criação de têxteis inteligentes e sensíveis, que poderiam ser usados ​​para fabricar sistemas robóticos elásticos, dispositivos médicos e tecnologias vestíveis.

Pesquisadores da Universidade Jiangnan introduziram recentemente uma nova abordagem de engenharia têxtil para fabricar atuadores tecidos e macios para tecnologias de assistência médica e sistemas robóticos. Sua estratégia de fabricação proposta, delineada em um artigo em Relatórios de células Ciência físicaé escalável e facilmente projetável, o que pode contribuir para sua futura adoção em larga escala.

“Métodos convencionais como impressão 3D e fundição de elastômero não atenderam à necessidade de adaptabilidade e conforto em robótica leve e dispositivos vestíveis, particularmente em termos de desenvolvimento de dispositivos integrados que não são apenas flexíveis e funcionais, mas também de baixo custo, facilmente personalizáveis ​​e escaláveis”, disse o Dr. Fengxin Sun, autor correspondente do artigo, ao Tech Xplore.

“Inspirados no método de fabricação ‘do fio para a roupa’, utilizamos uma tecnologia de tecelagem de dois sistemas para integrar perfeitamente os recursos de detecção e os modos de atuação em ‘vestimentas’ robóticas macias.”

A tecnologia empregada por Sun e seus colegas organiza fios de urdume e trama (os dois componentes básicos usados ​​para transformar fios em tecidos) em um layout plano claro enquanto os tece. Isso significa que permite a personalização de atuadores tecidos, o que é obtido pela programação cuidadosa do arranjo e da composição dos fios.

“Nossa abordagem permite morphing personalizado e feedback de detecção em tempo real, tornando os atuadores tecidos particularmente eficazes para aplicações como wearables de reabilitação”, disse o Dr. Sun. “A fabricação do fio de detecção é bem simples, lembrando a criação de um penteado trançado. Fios condutores são trançados em um padrão helicoidal ao redor de fios de núcleo elástico usando uma máquina de trança industrial, criando caminhos para corrente elétrica.”

Quando o fio usado para tecer os atuadores é esticado, os caminhos pelos quais a corrente elétrica pode fluir são desligados, devido à separação das hélices dos fios condutores. Essa mudança na estrutura, por sua vez, afeta os sinais elétricos que fluem pelo fio, permitindo assim a detecção de tensão.

“Os fios de detecção que desenvolvemos são integrados diretamente ao tecido dos nossos atuadores tecidos”, disse o Dr. Sun. “Essencialmente, conforme o atuador se move, a resistência no fio muda, e esses dados podem ser usados ​​para entender como o atuador está funcionando.”

Uma característica única dos fios de detecção produzidos usando o método da equipe é que eles são totalmente entrelaçados em tecidos. Isso significa que eles não adicionam peso, rigidez ou volume aos têxteis, permitindo que os atuadores monitorem seus próprios movimentos sem perder sua flexibilidade e adaptabilidade.

“Graças à tecnologia de tecelagem de dois sistemas, podemos adaptar atuadores pneumáticos tecidos para inflar apenas nas direções esperadas, resolvendo efetivamente o problema de inflação ‘semelhante a um balão’ enfrentado pela comunidade robótica leve”, disse o Dr. Sun.

“Além disso, nossa estratégia de tecelagem oferece uma solução flexível e escalável para a fabricação de atuadores macios multimorfos, como aqueles capazes de dobrar, torcer e espiralar bilateralmente sob um único suprimento de ar, simplesmente ajustando a tensão do fio, a densidade e a estrutura tecida.”

Os pesquisadores demonstraram a viabilidade de seu fio para desenvolver atuadores de flexão bilateral, que poderiam ser usados ​​como pinças robóticas macias. Essas pinças poderiam ser usadas para imitar os movimentos de animais, por exemplo, reproduzindo a extensão dos tentáculos do polvo para puxar objetos para mais perto e agarrá-los.

“Esses atuadores também têm aplicações práticas em dispositivos de reabilitação vestíveis, onde podem fornecer suporte mais preciso e adaptável a pessoas com desafios de mobilidade”, disse o Dr. Sun. “A capacidade de programar esses atuadores para imitar movimentos humanos naturais significa que eles podem ser usados ​​em uma ampla gama de tecnologias assistivas, tornando-os mais eficazes e confortáveis ​​para os usuários.”

No futuro, a abordagem de engenharia têxtil introduzida por esta equipe de pesquisadores pode ser usada para fabricar uma ampla gama de componentes flexíveis para dispositivos médicos e sistemas robóticos. O Dr. Sun e seus colegas planejam continuar trabalhando em direção ao avanço da fabricação têxtil para aplicações tecnológicas, elaborando outras estratégias de tecelagem e tricô.

“Nosso objetivo é desenvolver atuadores têxteis com saída melhorada e movimentos versáteis de forma mais controlada”, acrescentou o Dr. Sun. “Acreditamos que refinar o design de estruturas têxteis hierárquicas abordará os principais desafios enfrentados pela comunidade de robótica suave, como equilibrar flexibilidade e tenacidade em atuadores suaves. Este processo pode expandir a aplicação potencial da robótica suave baseada em têxteis e causar um impacto maior na vida cotidiana.”

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