当想象下一代可穿戴设备和机器人时，沙发垫中的泡沫填充物可能不是你首先想到的东西。
然而，莱斯大学的工程师们已经证明，空气通过开孔泡沫的透气网状结构流动这样简单的事情，可用于在基于软纺织品的可穿戴系统中进行数字计算、模拟传感和数字模拟组合控制。
“在这项研究中，我们利用一种基于流体通过软泡沫流动的出奇简单的方法，将材料智能(材料感知和响应环境的能力)与电路驱动逻辑相结合，”机械工程助理教授、《先进功能材料》 上发表的一项研究的通讯作者丹尼尔·普雷斯顿说。
软体机器人和可穿戴设备中的气动逻辑电路传统上采用与电子电路类似的设计方式，即通过连接元件将电阻器、电容器、二极管和门等各个组件连接在一起。这种传统架构依赖于互连的逻辑门——数字系统中将一个或多个输入转换为单个输出的基本构建块。
在之前的工作中，普雷斯顿创新实验室 开发了一种使用气动逻辑电路对纺织可穿戴设备进行无电子控制的方法。然而，这种初始方法并没有依赖软材料固有的特性来最大限度地提高电路设计效率。
“任务或作越复杂，通常需要的逻辑门数量就越多，”普雷斯顿解释道。
在实际应用中，这可能导致设备更重、更昂贵、更难制造且更容易发生故障。为了解决这个问题，研究人员想出了如何利用空气流过泡沫板微孔产生的压力差，以更经济的电路设计执行复杂的气动计算和控制任务。
“在这里，我们展示了软材料本身的特性——例如泡沫板的海绵状或多孔性——可以用来实现流体控制任务，例如感知用户施加的力的大小或将数字压力信号转换为模拟信号，从而减少对流体逻辑门的依赖并简化作，”这项研究的主要作者、莱斯大学在项目期间的研究科学家 Anoop Rajappan 说。
与液体不同，空气的密度会随着压力而变化，这使得通过泡沫板的气流建模更加复杂。尽管如此，研究人员还是迎难而上。
拉贾潘说：“我们开发了一个分析气体流经多孔材料的理论框架，创造了新的实验技术来测量泡沫的流体特性，并最终生成了一个泡沫流体阻力随施加力而变化的模型。”
研究人员设计了泡沫基流体电阻器，这是一种限制气动回路中气流的设备，就像电子电阻器限制电子电路中的电流一样。这些电阻器可用于创建二维气动逻辑电路，可嵌入基于纺织品的可穿戴设备中。
“通过重新设计电阻等电路元件，利用泡沫等软材料的流体特性，我们可以制造出可靠、精简的软机器人和可穿戴设备，它们由气动装置驱动，而不需要依赖电机和电池等笨重、笨重或刚性的部件，”拉贾潘说。“例如，可穿戴机器人设备可以为行动不便的用户提供帮助，用纺织品制造可穿戴设备并使用压缩空气为其供电，可以使它们舒适、轻便、低成本且不引人注目。”
除了普雷斯顿和拉贾潘，这项研究的其他作者还包括刘真、叶菲和拉万德·拉希德。拉贾潘、刘和叶分别接受了杜兰大学、德克萨斯大学达拉斯分校和夏威夷大学的终身制助理教授职位。拉希德是 Helix Earth Technologies 的首席执行官，该公司是一家从普雷斯顿实验室分离出来的初创公司。
“我们在莱斯大学的工作为多个领域做出了真正的贡献，我很高兴我们的许多学生在接受我们的项目培训后继续在学术界、工业界甚至自己的公司继续这样做，”普雷斯顿说。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
