तरल पदार्थ-संचालित कृत्रिम मांसपेशी फाइबर प्रयोग गरेर स्मार्ट कपडा

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
एकै पटकमा तीनवटा स्लाइडहरूको क्यारोसेल प्रदर्शन गर्दछ।अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि, वा अन्तमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि।
कपडा र कृत्रिम मांसपेशीहरू मिलाएर स्मार्ट कपडाहरू सिर्जना गर्न वैज्ञानिक र औद्योगिक समुदाय दुवैबाट धेरै ध्यान आकर्षित गरिरहेको छ।स्मार्ट टेक्सटाइलले धेरै फाइदाहरू प्रदान गर्दछ, जसमा अनुकूली आराम र वस्तुहरूमा उच्च स्तरको अनुरूपता समावेश छ जबकि इच्छित आन्दोलन र बलको लागि सक्रिय कार्य प्रदान गर्दछ।यस लेखले तरल पदार्थ-संचालित कृत्रिम मांसपेशी फाइबर बुनाई, बुनाई र ग्लुइङका विभिन्न विधिहरू प्रयोग गरेर बनाइएको प्रोग्रामेबल स्मार्ट कपडाहरूको नयाँ वर्ग प्रस्तुत गर्दछ।बुनेको र बुनेको टेक्सटाइल पानाहरूको लम्बाइ बलको अनुपात वर्णन गर्न गणितीय मोडेल विकसित गरिएको थियो, र त्यसपछि यसको वैधता प्रयोगात्मक रूपमा परीक्षण गरियो।नयाँ "स्मार्ट" टेक्सटाइलले उच्च लचिलोपन, अनुरूपता, र मेकानिकल प्रोग्रामिङ, बहु-मोडल आन्दोलन र एप्लिकेसनहरूको फराकिलो दायराको लागि विरूपण क्षमताहरू सक्षम पार्छ।प्रयोगात्मक प्रमाणीकरण मार्फत विभिन्न स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइपहरू सिर्जना गरिएका छन्, जसमा विभिन्न आकार परिवर्तन केसहरू जस्तै लम्बाइ (65% सम्म), क्षेत्र विस्तार (108%), रेडियल विस्तार (25%), र झुकाउने गति।बायोमिमेटिक आकार दिने संरचनाहरूको लागि सक्रिय संरचनाहरूमा निष्क्रिय परम्परागत ऊतकहरूको पुन: कन्फिगरेसनको अवधारणा पनि अन्वेषण भइरहेको छ।प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइलले स्मार्ट पहिरन योग्य, ह्याप्टिक प्रणाली, बायोमिमेटिक सफ्ट रोबोट र पहिरन मिल्ने इलेक्ट्रोनिक्सको विकासलाई सहज बनाउने अपेक्षा गरिएको छ।
कठोर रोबोटहरू संरचित वातावरणमा काम गर्दा प्रभावकारी हुन्छन्, तर परिवर्तनशील वातावरणको अज्ञात सन्दर्भमा समस्याहरू छन्, जसले खोज वा अन्वेषणमा तिनीहरूको प्रयोगलाई सीमित गर्दछ।बाह्य कारकहरू र विविधताहरूसँग व्यवहार गर्न प्रकृतिले हामीलाई धेरै आविष्कारकारी रणनीतिहरूद्वारा आश्चर्यचकित गरिरहन्छ।उदाहरण को लागी, आरोहण बिरुवाहरु को टेन्ड्रिलहरु एक उपयुक्त समर्थन को खोज मा अज्ञात वातावरण को अन्वेषण गर्न को लागी, झुकाउने र घुमाउने जस्ता बहुमोडल आन्दोलनहरु गर्दछ।भेनस फ्लाईट्र्याप (Dionaea muscipula) का पातहरूमा संवेदनशील कपालहरू हुन्छन् जुन ट्रिगर हुँदा, शिकार 2 लाई समात्न ठाउँमा पुग्छ।हालैका वर्षहरूमा, जैविक संरचनाहरूको नक्कल गर्ने दुई-आयामी (2D) सतहहरूबाट तीन-आयामी (3D) आकारहरूमा शरीरहरूको विकृति वा विकृति एउटा रोचक अनुसन्धानको विषय बनेको छ।यी नरम रोबोटिक कन्फिगरेसनहरूले परिवर्तनशील वातावरणमा अनुकूलन गर्न, बहुविध लोकोमोसन सक्षम गर्न, र मेकानिकल कार्य गर्न बलहरू लागू गर्न आकार परिवर्तन गर्दछ।तिनीहरूको पहुँच रोबोटिक्स अनुप्रयोगहरूको विस्तृत दायरामा विस्तार भएको छ, जसमा deployables5, reconfigurable र self-folding robots6,7, biomedical devices8, Vehicles9,10 र expanable electronics11 छन्।
प्रोग्रामेबल फ्ल्याट प्लेटहरू विकास गर्न धेरै अनुसन्धान गरिएको छ, जुन सक्रिय हुँदा, जटिल त्रि-आयामी संरचनाहरूमा रूपान्तरण हुन्छ3।विकृत संरचनाहरू सिर्जना गर्नको लागि एक साधारण विचार भनेको विभिन्न सामग्रीका तहहरू संयोजन गर्नु हो जुन उत्तेजनाहरू 12,13 को सम्पर्कमा आउँदा फ्लेक्स र चर्को हुन्छ।Janbaz et al।14 र ली एट अल।15 ले गर्मी-संवेदनशील मल्टिमोडल विकृत रोबोटहरू सिर्जना गर्न यो अवधारणा लागू गरेको छ।उत्तेजक-उत्तरदायी तत्वहरू समावेश गर्ने ओरिगामी-आधारित संरचनाहरू जटिल त्रि-आयामी संरचनाहरू 16,17,18 बनाउन प्रयोग गरिएको छ।जैविक संरचनाहरूको मोर्फोजेनेसिसबाट प्रेरित, इमानुएल एट अल।आकार-विकृत इलास्टोमरहरू रबरको सतह भित्र वायु च्यानलहरू व्यवस्थित गरेर सिर्जना गरिन्छ जुन, दबाबमा, जटिल, मनमानी त्रि-आयामी आकारहरूमा परिणत हुन्छ।
कपडा वा कपडाको विरूपण नरम रोबोटहरूमा एकीकरण अर्को नयाँ अवधारणा परियोजना हो जसले व्यापक चासो उत्पन्न गरेको छ।कपडा बुनाई, बुनाई, ब्रेडिङ, वा गाँठो बुनाई जस्ता बुनाई प्रविधिहरू द्वारा धागोबाट बनेको नरम र लोचदार सामग्री हो।लचिलोपन, फिट, लोच र सास फेर्ने क्षमता सहित कपडाका अचम्मका गुणहरूले तिनीहरूलाई कपडादेखि मेडिकल एप्लिकेसनहरूसम्म सबै कुरामा धेरै लोकप्रिय बनाउँछ।कपडालाई रोबोटिक्समा समावेश गर्नका लागि तीनवटा व्यापक दृष्टिकोणहरू छन्21।पहिलो दृष्टिकोण भनेको अन्य कम्पोनेन्टहरूको लागि निष्क्रिय समर्थन वा आधारको रूपमा कपडा प्रयोग गर्नु हो।यस अवस्थामा, निष्क्रिय कपडाहरूले कठोर कम्पोनेन्टहरू (मोटरहरू, सेन्सरहरू, बिजुली आपूर्ति) बोक्दा प्रयोगकर्ताको लागि आरामदायक फिट प्रदान गर्दछ।धेरै जसो नरम पहिरन योग्य रोबोट वा सफ्ट एक्सोस्केलेटनहरू यस दृष्टिकोण अन्तर्गत पर्दछन्।उदाहरणका लागि, हिड्ने एड्स 22 र एल्बो एड्स 23, 24, 25, हात र औंला एड्सका लागि सफ्ट पहिरन मिल्ने पन्जा 26, र बायोनिक सफ्ट रोबोट 27 को लागि सफ्ट पहिरन योग्य एक्सोस्केलेटन।
दोस्रो दृष्टिकोण भनेको सफ्ट रोबोटिक उपकरणहरूको निष्क्रिय र सीमित घटकको रूपमा कपडाहरू प्रयोग गर्नु हो।कपडा आधारित एक्चुएटरहरू यस श्रेणीमा पर्दछन्, जहाँ कपडा सामान्यतया बाहिरी कन्टेनरको रूपमा भित्री नली वा च्याम्बर समावेश गर्न निर्माण गरिन्छ, नरम फाइबर प्रबलित एक्चुएटर बनाउँछ।बाह्य वायवीय वा हाइड्रोलिक स्रोतको अधीनमा हुँदा, यी नरम एक्चुएटरहरूले आकारमा परिवर्तनहरू पार गर्छन्, तिनीहरूको मूल संरचना र कन्फिगरेसनमा निर्भर गर्दै, विस्तार, झुकाउने वा घुमाउने सहित।उदाहरण को लागी, Talman et al।आर्थोपेडिक टखने लुगाहरू, कपडाका जेबहरूको श्रृंखला समावेश गरी, गाईट28 पुनर्स्थापना गर्न प्लान्टार फ्लेक्सन सुविधाको लागि पेश गरिएको छ।विभिन्न एक्स्टेन्सिबिलिटी भएको टेक्सटाइल तहहरू एनिसोट्रोपिक आन्दोलन 29 सिर्जना गर्न संयोजन गर्न सकिन्छ।OmniSkins - विभिन्न प्रकारका सफ्ट एक्चुएटरहरू र सब्सट्रेट सामग्रीहरूबाट बनेको सफ्ट रोबोट स्किनहरूले निष्क्रिय वस्तुहरूलाई बहु-कार्यात्मक सक्रिय रोबोटहरूमा रूपान्तरण गर्न सक्छ जसले विभिन्न अनुप्रयोगहरूको लागि बहु-मोडल चालहरू र विकृतिहरू प्रदर्शन गर्न सक्छ।Zhu et al।तरल ऊतक मांसपेशी पाना विकसित गरेको छ 31 जसले विस्तार, झुकाउने, र विभिन्न विकृति गतिहरू उत्पन्न गर्न सक्छ।बकनर र अन्य।कार्यात्मक फाइबरहरूलाई परम्परागत तन्तुहरूमा एकीकृत गर्नुहोस् रोबोटिक तन्तुहरू सिर्जना गर्न धेरै प्रकार्यहरू जस्तै एक्चुएसन, सेन्सिङ, र चर कठोरता32।यस श्रेणीका अन्य विधिहरू यी कागजातहरू 21, 33, 34, 35 मा फेला पार्न सकिन्छ।
सफ्ट रोबोटिक्सको क्षेत्रमा टेक्सटाइलका उत्कृष्ट गुणहरू प्रयोग गर्ने भर्खरको दृष्टिकोण भनेको बुनाई, बुनाई र बुनाई विधिहरू जस्ता परम्परागत कपडा उत्पादन विधिहरू प्रयोग गरेर स्मार्ट कपडाहरू सिर्जना गर्न प्रतिक्रियाशील वा उत्तेजक-उत्तरदायी फिलामेन्टहरू प्रयोग गर्नु हो।सामग्रीको संरचनामा निर्भर गर्दै, प्रतिक्रियाशील धागोले विद्युतीय, थर्मल वा दबाब कार्यको अधीनमा हुँदा आकारमा परिवर्तन निम्त्याउँछ, जसले कपडाको विकृति निम्त्याउँछ।यस दृष्टिकोणमा, जहाँ परम्परागत कपडाहरू नरम रोबोटिक प्रणालीमा एकीकृत हुन्छन्, कपडाको पुन: आकार बाहिरी तहको सट्टा भित्री तह (यार्न) मा हुन्छ।जस्तै, स्मार्ट कपडाले मल्टिमोडल आन्दोलन, प्रोग्रामेबल विरूपण, स्ट्रेचबिलिटी, र कठोरता समायोजन गर्ने क्षमताको सन्दर्भमा उत्कृष्ट ह्यान्डलिंग प्रस्ताव गर्दछ।उदाहरणका लागि, आकार मेमोरी मिश्रहरू (SMAs) र आकार मेमोरी पोलिमरहरू (SMPs) लाई थर्मल उत्तेजना मार्फत सक्रिय रूपमा तिनीहरूको आकार नियन्त्रण गर्न कपडाहरूमा समावेश गर्न सकिन्छ, जस्तै हेमिङ ३८, रिंकल हटाउने ३६,३९, स्पर्श र स्पर्श प्रतिक्रिया ४०,४१, साथै अनुकूली। लगाउन मिल्ने कपडा।उपकरणहरू 42।यद्यपि, ताप र शीतलनको लागि थर्मल उर्जाको प्रयोगले ढिलो प्रतिक्रिया र कठिन चिसो र नियन्त्रणमा परिणाम दिन्छ।हालसालै, Hiramitsu et al।McKibben को राम्रो मांसपेशिहरु 43,44, वायवीय कृत्रिम मांसपेशिहरु, बुनाई संरचना परिवर्तन गरेर सक्रिय कपडा को विभिन्न रूपहरु बनाउन ताना धागो को रूप मा प्रयोग गरिन्छ।यद्यपि यो दृष्टिकोणले उच्च बलहरू प्रदान गर्दछ, McKibben मांसपेशीको प्रकृतिको कारण, यसको विस्तारको दर सीमित छ (<50%) र सानो आकार हासिल गर्न सकिँदैन (व्यास <0.9 मिमी)।थप रूपमा, धारिलो कुनाहरू चाहिने बुनाई विधिहरूबाट स्मार्ट कपडाको ढाँचाहरू बनाउन गाह्रो भएको छ।स्मार्ट कपडाको फराकिलो दायरा बनाउन, Maziz et al।इलेक्ट्रोएक्टिभ पहिरन योग्य कपडाहरू इलेक्ट्रोसेन्सिटिभ पोलिमर थ्रेडहरू बुनाई र बुनेर विकास गरिएको छ।
हालैका वर्षहरूमा, एक नयाँ प्रकारको थर्मोसेन्सिटिभ कृत्रिम मांसपेशीहरू देखा परेको छ, अत्यधिक घुमाइएको, सस्तो बहुलक फाइबर 47,48 बाट निर्मित।यी फाइबरहरू व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध छन् र किफायती स्मार्ट कपडाहरू उत्पादन गर्न बुनाई वा बुनाईमा सजिलै समाहित हुन्छन्।प्रगतिको बावजुद, यी नयाँ ताप-संवेदनशील कपडाहरूमा तताउने र चिसो पार्ने आवश्यकता (जस्तै तापक्रम-नियन्त्रित कपडाहरू) वा वांछित विकृतिहरू र चालहरू उत्पन्न गर्न प्रोग्राम गर्न सकिने जटिल बुना र बुनेको ढाँचाहरू बनाउन कठिनाइको कारणले प्रतिक्रिया समय सीमित छ। ।उदाहरणहरूमा रेडियल विस्तार, 2D देखि 3D आकार रूपान्तरण, वा द्वि-दिशात्मक विस्तार समावेश छ, जुन हामीले यहाँ प्रस्ताव गर्दछौं।
यी माथि उल्लिखित समस्याहरू हटाउनको लागि, यस लेखले हाम्रो हालसालै प्रस्तुत गरिएको नरम कृत्रिम मांसपेशी फाइबर (AMF) 49,50,51 बाट बनेको नयाँ तरल-संचालित स्मार्ट कपडा प्रस्तुत गर्दछ।AMFs अत्यधिक लचिलो, स्केलेबल छन् र ०.८ मिमीको व्यास र ठूलो लम्बाइ (कम्तीमा ५००० मिमी) मा घटाउन सकिन्छ, उच्च पक्ष अनुपात (लम्बाइदेखि व्यास) साथै उच्च लम्बाइ (कम्तीमा २४५%), उच्च ऊर्जा प्रदान गर्दछ। दक्षता, 20Hz भन्दा कम छिटो प्रतिक्रिया)।स्मार्ट कपडाहरू सिर्जना गर्न, हामी बुनाई र बुनाई प्रविधिहरू मार्फत 2D सक्रिय मांसपेशी तहहरू बनाउन सक्रिय धागोको रूपमा AMF प्रयोग गर्छौं।हामीले तरल पदार्थको मात्रा र डेलिभरीको सन्दर्भमा यी "स्मार्ट" तन्तुहरूको विस्तार दर र संकुचन बललाई मात्रात्मक रूपमा अध्ययन गरेका छौं।विश्लेषणात्मक मोडेलहरू बुना र बुना पानाहरूको लागि विस्तार बल सम्बन्ध स्थापित गर्न विकसित गरिएको छ।हामी द्वि-दिशात्मक विस्तार, झुकाउने, रेडियल विस्तार, र 2D बाट 3D मा ट्रान्जिसन गर्ने क्षमता सहित बहु-मोडल आन्दोलनको लागि स्मार्ट टेक्सटाइलहरूको लागि धेरै मेकानिकल प्रोग्रामिङ प्रविधिहरू पनि वर्णन गर्दछौं।हाम्रो दृष्टिकोणको बल प्रदर्शन गर्न, हामी AMF लाई व्यावसायिक कपडा वा कपडाहरूमा पनि एकीकृत गर्नेछौं तिनीहरूको कन्फिगरेसन निष्क्रियबाट सक्रिय संरचनाहरूमा परिवर्तन गर्न जसले विभिन्न विकृतिहरू निम्त्याउँछ।हामीले यस अवधारणालाई धेरै प्रयोगात्मक परीक्षण बेन्चहरूमा पनि प्रदर्शन गरेका छौं, जसमा थ्रेडहरूको प्रोग्रामेबल बेन्डिङलाई इच्छित अक्षरहरू उत्पादन गर्न र आकार परिवर्तन गर्ने जैविक संरचनाहरू जस्तै वस्तुहरूको आकारमा पुतलीहरू, चतुर्भुज संरचनाहरू र फूलहरू समावेश छन्।
कपडाहरू लचिलो दुई-आयामी संरचनाहरू हुन् जुन एक-आयामी धागोहरू जस्तै यार्न, धागो र फाइबरहरूबाट बनाइन्छ।कपडा मानवजातिको सबैभन्दा पुरानो प्रविधिहरू मध्ये एक हो र यसको आराम, अनुकूलनता, सास फेर्ने क्षमता, सौन्दर्यशास्त्र र सुरक्षाका कारण जीवनका सबै पक्षहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।स्मार्ट कपडाहरू (स्मार्ट कपडा वा रोबोटिक कपडाहरू पनि भनिन्छ) रोबोटिक अनुप्रयोगहरूमा तिनीहरूको ठूलो क्षमताको कारणले अनुसन्धानमा बढ्दो रूपमा प्रयोग भइरहेको छ 20,52।स्मार्ट टेक्सटाइलहरूले नरम वस्तुहरूसँग अन्तर्क्रिया गर्ने मानव अनुभवलाई सुधार गर्ने वाचा गर्दछ, फिल्डमा एक प्रतिमान परिवर्तनको प्रयोग गर्दै जहाँ पातलो, लचिलो कपडाको आन्दोलन र बलहरू विशेष कार्यहरू गर्न नियन्त्रण गर्न सकिन्छ।यस पेपरमा, हामीले हाम्रो हालैको AMF49 मा आधारित स्मार्ट कपडाको उत्पादनका लागि दुई दृष्टिकोणहरू अन्वेषण गर्छौं: (1) परम्परागत कपडा उत्पादन प्रविधिहरू प्रयोग गरेर स्मार्ट कपडाहरू सिर्जना गर्न AMF लाई सक्रिय धागोको रूपमा प्रयोग गर्नुहोस्;(२) AMF सिधै परम्परागत कपडाहरूमा घुसाउनुहोस् वांछित आन्दोलन र विकृतिलाई उत्तेजित गर्न।
AMF मा हाइड्रोलिक पावर आपूर्ति गर्न आन्तरिक सिलिकन ट्यूब र यसको रेडियल विस्तार सीमित गर्न बाह्य हेलिकल कुण्डल हुन्छ।यसरी, दबाब लागू हुँदा AMFs लम्बाइमा लामो हुन्छ र दबाब जारी हुँदा आफ्नो मूल लम्बाइमा फर्कन संकुचनात्मक बलहरू प्रदर्शन गर्दछ।तिनीहरूसँग लचिलोपन, सानो व्यास र लामो लम्बाइ सहित परम्परागत फाइबर जस्तै गुणहरू छन्।यद्यपि, AMF यसको परम्परागत समकक्षहरू भन्दा आन्दोलन र शक्तिको सन्दर्भमा बढी सक्रिय र नियन्त्रित छ।स्मार्ट टेक्सटाइलमा हालैको द्रुत प्रगतिबाट प्रेरित भएर, यहाँ हामीले लामो समयदेखि स्थापित कपडा उत्पादन प्रविधि (चित्र 1) मा AMF लागू गरेर स्मार्ट कपडाहरू उत्पादन गर्ने चारवटा प्रमुख दृष्टिकोणहरू प्रस्तुत गरेका छौं।
पहिलो तरिका बुनाई छ।हामी एक प्रतिक्रियाशील बुनेको कपडा उत्पादन गर्न वेफ्ट बुनाई प्रविधि प्रयोग गर्छौं जुन हाइड्रोलिक रूपमा सक्रिय हुँदा एक दिशामा प्रकट हुन्छ।बुनेको पानाहरू धेरै स्ट्रेच र स्ट्रेच गर्न मिल्ने हुन्छन् तर बुनेका पानाहरू भन्दा धेरै सजिलैसँग खोल्ने प्रवृत्ति हुन्छ।नियन्त्रण विधिमा निर्भर गर्दै, AMF ले व्यक्तिगत पङ्क्तिहरू वा पूर्ण उत्पादनहरू बनाउन सक्छ।फ्ल्याट पानाहरूको अतिरिक्त, ट्यूबलर बुनाई ढाँचाहरू AMF खोक्रो संरचनाहरूको निर्माणको लागि पनि उपयुक्त छन्।दोस्रो विधि बुनाई हो, जहाँ हामी दुईवटा AMF हरू वार्प र वेफ्टको रूपमा प्रयोग गर्छौं जसले आयताकार बुनेको पाना बनाउँछ जुन दुई दिशामा स्वतन्त्र रूपमा विस्तार गर्न सकिन्छ।बुनेका पानाहरूले बुनेको पानाहरू भन्दा बढी नियन्त्रण (दुवै दिशामा) प्रदान गर्दछ।हामीले पारम्परिक धागोबाट AMF बुनेर सरल बुनेको पाना बनाउँछौं जुन एकै दिशामा मात्र खोल्न सकिन्छ।तेस्रो विधि - रेडियल विस्तार - बुनाई प्रविधिको एक प्रकार हो, जसमा AMP हरू आयतमा होइन, तर सर्पिलमा अवस्थित हुन्छन्, र थ्रेडहरूले रेडियल अवरोध प्रदान गर्दछ।यस अवस्थामा, ब्रेड इनलेट दबाब अन्तर्गत रेडियल रूपमा विस्तार हुन्छ।चौथो दृष्टिकोण चाहिँ दिशामा झुकाउने गति सिर्जना गर्न निष्क्रिय कपडाको पानामा AMF टाँस्नु हो।हामीले निष्क्रिय ब्रेकआउट बोर्डलाई यसको किनारा वरिपरि AMF चलाएर सक्रिय ब्रेकआउट बोर्डमा पुन: कन्फिगर गरेका छौं।AMF को यो प्रोग्रामेबल प्रकृतिले जैव-प्रेरित आकार परिवर्तन गर्ने नरम संरचनाहरूको लागि अनगिन्ती सम्भावनाहरू खोल्छ जहाँ हामी निष्क्रिय वस्तुहरूलाई सक्रिय वस्तुहरूमा बदल्न सक्छौं।यो विधि सरल, सजिलो र छिटो छ, तर प्रोटोटाइपको दीर्घायुमा सम्झौता गर्न सक्छ।पाठकलाई साहित्यमा अन्य दृष्टिकोणहरूमा उल्लेख गरिएको छ जुन प्रत्येक ऊतक गुणको शक्ति र कमजोरीहरू 21,33,34,35 को विवरण दिन्छ।
परम्परागत कपडाहरू बनाउन प्रयोग हुने अधिकांश धागो वा धागोहरूमा निष्क्रिय संरचनाहरू हुन्छन्।यस कार्यमा, हामी हाम्रो पहिले विकसित AMF प्रयोग गर्छौं, जुन मिटर लम्बाइ र सबमिलिमिटर व्यासमा पुग्न सक्छ, एएफएमसँग परम्परागत निष्क्रिय टेक्सटाइल धागोलाई प्रतिस्थापन गर्न अनुप्रयोगहरूको फराकिलो दायराका लागि बुद्धिमान र सक्रिय कपडाहरू सिर्जना गर्न।निम्न खण्डहरूले स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइपहरू बनाउन र तिनीहरूका मुख्य कार्यहरू र व्यवहारहरू प्रस्तुत गर्ने विस्तृत विधिहरू वर्णन गर्दछ।
हामीले वेफ्ट बुनाई प्रविधि (चित्र 2A) प्रयोग गरेर तीनवटा AMF जर्सीहरू ह्यान्डक्राफ्ट गर्यौं।सामग्री चयन र AMF हरू र प्रोटोटाइपहरूका लागि विस्तृत विवरणहरू विधिहरू खण्डमा फेला पार्न सकिन्छ।प्रत्येक AMF ले घुमाउरो बाटो पछ्याउँछ (जसलाई मार्ग पनि भनिन्छ) जसले सममित लूप बनाउँछ।प्रत्येक पङ्क्तिको लूपहरू माथि र तल पङ्क्तिहरूको लूपहरूसँग फिक्स गरिएको छ।पाठ्यक्रममा लम्बवत एक स्तम्भको रिंगहरू शाफ्टमा जोडिएका छन्।हाम्रो बुनेको प्रोटोटाइपमा प्रत्येक पङ्क्तिमा सात स्टिचहरू (वा सात स्टिचहरू) को तीन पङ्क्तिहरू हुन्छन्।माथि र तल्लो घण्टीहरू स्थिर छैनन्, त्यसैले हामी तिनीहरूलाई सम्बन्धित धातु रडहरूमा जोड्न सक्छौं।परम्परागत धागोको तुलनामा AMF को उच्च कठोरताको कारण बुनेको प्रोटोटाइपहरू परम्परागत बुनेको कपडाहरू भन्दा धेरै सजिलैसँग उलझन्छन्।त्यसकारण, हामीले छेउछाउका पङ्क्तिहरूको लूपहरू पातलो लोचदार कर्डहरूसँग बाँध्यौं।
विभिन्न स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइपहरू विभिन्न AMF कन्फिगरेसनहरूसँग लागू भइरहेका छन्।(A) तीन AMF बाट बनेको बुनेको पाना।(B) दुई AMF को द्विदिशात्मक बुना पाना।(C) AMF र एक्रिलिक धागोबाट बनेको एक दिशात्मक बुनेको पानाले 500g को भार वहन गर्न सक्छ, जुन यसको वजन (2.6g) भन्दा 192 गुणा हो।(D) रेडियल कन्स्ट्रेन्टको रूपमा एक AMF र कपास धागोको साथ रेडियल विस्तार गर्ने संरचना।विस्तृत विवरणहरू विधिहरू खण्डमा फेला पार्न सकिन्छ।
यद्यपि एक बुनाको जिग्ज्याग लूपहरू विभिन्न दिशाहरूमा फैलिन सक्छन्, हाम्रो प्रोटोटाइप बुनाई मुख्यतया यात्राको दिशामा सीमितताहरूको कारण दबाबमा लूपको दिशामा विस्तार हुन्छ।प्रत्येक AMF को लम्बाइ बुना पाना को कुल क्षेत्र को विस्तार मा योगदान गर्दछ।विशिष्ट आवश्यकताहरूमा निर्भर गर्दै, हामी तीनवटा AMFs लाई तीन फरक तरल स्रोतहरू (चित्र 2A) बाट वा एकै समयमा 1-देखि-3 तरल वितरक मार्फत एक तरल स्रोतबाट स्वतन्त्र रूपमा नियन्त्रण गर्न सक्छौं।अंजीर मा।2A ले बुनेको प्रोटोटाइपको उदाहरण देखाउँदछ, जसको प्रारम्भिक क्षेत्र 35% ले बढेको छ जबकि तीन AMPs (1.2 MPa) मा दबाब लागू गर्दछ।उल्लेखनीय रूपमा, AMF ले यसको मूल लम्बाइको कम्तिमा 250% को उच्च लम्बाइ प्राप्त गर्दछ 49 त्यसैले बुनेका पानाहरू हालको संस्करणहरू भन्दा बढी फैलाउन सक्छन्।
हामीले सादा बुनाई प्रविधि (चित्र 2B) प्रयोग गरेर दुई AMF बाट बनेको द्विदिश बुनाई पानाहरू पनि सिर्जना गर्यौं।AMF वार्प र वेफ्ट दायाँ कोणमा एक अर्कामा गाँसिएका हुन्छन्, जसले साधारण क्रस-क्रस ढाँचा बनाउँछ।हाम्रो प्रोटोटाइप बुनाईलाई सन्तुलित सादा बुनाईको रूपमा वर्गीकृत गरिएको थियो किनभने ताना र वेफ्ट यार्न दुवै एउटै धागोको आकारबाट बनाइएको थियो (विवरणका लागि विधिहरू खण्ड हेर्नुहोस्)।साधारण थ्रेडहरू जस्तो नभई तीखो फोल्डहरू बनाउन सक्छ, लागू गरिएको AMF ले बुनाई ढाँचाको अर्को थ्रेडमा फर्कँदा निश्चित झुकाउने त्रिज्या चाहिन्छ।तसर्थ, एएमपीबाट बनेका बुनेका पानाहरूमा परम्परागत बुनेको कपडाको तुलनामा कम घनत्व हुन्छ।AMF-प्रकार S (बाहिरी व्यास 1.49 मिमी) को न्यूनतम झुकाउने त्रिज्या 1.5 मिमी छ।उदाहरणका लागि, हामीले यस लेखमा प्रस्तुत गरेको प्रोटोटाइप बुनाईमा 7 × 7 थ्रेड ढाँचा छ जहाँ प्रत्येक छेउलाई पातलो लोचदार कर्डको गाँठोले स्थिर गरिन्छ।एउटै बुनाई प्रविधि प्रयोग गरेर, तपाईं थप strands प्राप्त गर्न सक्नुहुन्छ।
जब सम्बन्धित AMF ले तरल दबाब प्राप्त गर्दछ, बुनेको पानाले ताना वा बाना दिशामा यसको क्षेत्र विस्तार गर्दछ।त्यसकारण, हामीले दुई एएमपीहरूमा लागू गरिएको इनलेट प्रेसरको मात्रालाई स्वतन्त्र रूपमा परिवर्तन गरेर ब्रेडेड पाना (लम्बाइ र चौडाइ) को आयामहरू नियन्त्रण गर्यौं।अंजीर मा।2B ले एउटा AMP (1.3 MPa) मा दबाब दिँदा यसको मूल क्षेत्रको ४४% सम्म विस्तार भएको बुनेको प्रोटोटाइप देखाउँछ।दुई AMFs मा दबाब को एक साथ कार्य संग, क्षेत्र 108% ले बढ्यो।
हामीले एकल AMF बाट वार्प र एक्रिलिक यार्नलाई वेफ्ट (चित्र 2C) को रूपमा एक दिशाहीन बुनेको पाना पनि बनायौं।AMF हरू सात zigzag पङ्क्तिहरूमा व्यवस्थित छन् र थ्रेडहरूले AMF को यी पङ्क्तिहरू एकसाथ बुन्छन् र कपडाको आयताकार पाना बनाउँछन्।यो बुनेको प्रोटोटाइप चित्र 2B को तुलनामा सघन थियो, नरम एक्रिलिक थ्रेडहरूको लागि धन्यवाद जसले सजिलै सम्पूर्ण पाना भर्यो।किनकि हामीले तानाको रूपमा एउटा AMF मात्र प्रयोग गर्छौं, बुनेको पानाले दबाबमा ताना तिर मात्र विस्तार गर्न सक्छ।चित्र 2C ले बुनेको प्रोटोटाइपको उदाहरण देखाउँछ जसको प्रारम्भिक क्षेत्र बढ्दो दबाब (1.3 MPa) संग 65% ले बढ्छ।थप रूपमा, यो ब्रेडेड टुक्रा (2.6 ग्राम तौल) ले 500 ग्रामको भार उठाउन सक्छ, जुन यसको द्रव्यमानको 192 गुणा हो।
AMF लाई आयताकार बुनेको पाना बनाउनको लागि zigzag ढाँचामा व्यवस्थित गर्नुको सट्टा, हामीले AMF को एक समतल घुमाउरो आकार बनायौं, जुन त्यसपछि गोलो बुनेको पाना (चित्र 2D) बनाउनको लागि कपासको धागोले त्रिज्या रूपमा सीमित थियो।AMF को उच्च कठोरताले प्लेटको धेरै केन्द्रीय क्षेत्रको भरिनेलाई सीमित गर्दछ।यद्यपि, यो प्याडिङ लोचदार धागो वा लोचदार कपडाबाट बनाउन सकिन्छ।हाइड्रोलिक दबाब प्राप्त गरेपछि, AMP ले यसको अनुदैर्ध्य विस्तारलाई पानाको रेडियल विस्तारमा रूपान्तरण गर्दछ।यो पनि ध्यान दिन लायक छ कि सर्पिल आकारको बाहिरी र भित्री व्यासहरू फिलामेन्टहरूको रेडियल सीमाको कारणले बढेको छ।चित्र 2D ले देखाउँछ कि 1 MPa को लागू हाइड्रोलिक दबाव संग, एक गोल पाना को आकार यसको मूल क्षेत्र को 25% मा विस्तार हुन्छ।
हामी यहाँ स्मार्ट टेक्सटाइलहरू बनाउनको लागि दोस्रो दृष्टिकोण प्रस्तुत गर्दछौं जहाँ हामी एएमएफलाई कपडाको समतल टुक्रामा टाँस्छौं र यसलाई निष्क्रियबाट सक्रिय रूपमा नियन्त्रित संरचनामा पुन: कन्फिगर गर्छौं।झुकाउने ड्राइभको डिजाइन रेखाचित्र चित्रमा देखाइएको छ।3A, जहाँ AMP बीचमा फोल्ड गरिएको छ र टाँसिने गरी दोहोरो-पक्षीय टेप प्रयोग गरेर अस्पष्ट कपडा (सूती मलमलको कपडा) को स्ट्रिपमा टाँसिएको छ।एक पटक सील भएपछि, AMF को शीर्ष विस्तार गर्न को लागी स्वतन्त्र छ, जबकि तल टेप र कपडा द्वारा सीमित छ, जसले पट्टी कपडा तिर झुक्छ।हामी बेन्ड एक्ट्युएटरको कुनै पनि भागलाई यसमा टेपको स्ट्रिप टाँसेर जहाँ पनि निष्क्रिय गर्न सक्छौं।निष्क्रिय खण्ड सार्न सक्दैन र निष्क्रिय खण्ड बन्छ।
परम्परागत कपडाहरूमा AMF टाँसेर कपडाहरू पुन: कन्फिगर गरिन्छ।(A) बेन्डिङ ड्राइभको लागि डिजाइन अवधारणा एक फोल्डेड AMF लाई एक अपरिहार्य कपडामा ग्लुइङ गरेर बनाइएको छ।(B) एक्चुएटर प्रोटोटाइप को झुकाउने।(C) एक सक्रिय चार खुट्टा भएको रोबोटमा आयताकार कपडाको पुन: कन्फिगरेसन।लोचदार कपडा: कपास जर्सी।स्ट्रेच कपडा: पलिएस्टर।विस्तृत विवरणहरू विधिहरू खण्डमा फेला पार्न सकिन्छ।
हामीले विभिन्न लम्बाइका धेरै प्रोटोटाइप झुकाउने एक्चुएटरहरू बनायौं र तिनीहरूलाई झुकाउने गति (चित्र 3B) सिर्जना गर्न हाइड्रोलिकसँग दबाब दियौं।महत्त्वपूर्ण रूपमा, AMF लाई सीधा रेखामा राख्न सकिन्छ वा धेरै थ्रेडहरू बनाउन फोल्ड गर्न सकिन्छ र त्यसपछि थ्रेडहरूको उपयुक्त संख्याको साथ झुकाउने ड्राइभ सिर्जना गर्न कपडामा टाँसिएको हुन्छ।हामीले निष्क्रिय टिस्यु पानालाई सक्रिय टेट्रापोड संरचना (चित्र 3C) मा पनि रूपान्तरण गर्यौं, जहाँ हामीले AMF प्रयोग गर्‍यौं आयताकार अक्षुण्ण तन्तु (सूती मलमल कपडा) को सीमानाहरू।AMP कपडामा दुई-पक्षीय टेपको टुक्रासँग जोडिएको छ।प्रत्येक किनाराको बीचमा निष्क्रिय बन्न टेप गरिएको छ, जबकि चार कुनाहरू सक्रिय रहन्छन्।स्ट्रेच कपडा शीर्ष कभर (पलिएस्टर) वैकल्पिक छ।थिच्दा कपडाको चार कुना झुकिन्छ (खुट्टा जस्तो देखिन्छ)।
हामीले विकसित स्मार्ट कपडाका गुणहरू मात्रात्मक रूपमा अध्ययन गर्न परीक्षण बेन्च निर्माण गर्यौं (विधिहरू खण्ड र पूरक चित्र S1 हेर्नुहोस्)।सबै नमूनाहरू AMF बाट बनेको हुनाले, प्रयोगात्मक नतिजाहरूको सामान्य प्रवृत्ति (चित्र 4) AMF को मुख्य विशेषताहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ, अर्थात्, इनलेट प्रेशर आउटलेट लम्बाइसँग प्रत्यक्ष समानुपातिक र कम्प्रेसन बलको विपरीत समानुपातिक छ।यद्यपि, यी स्मार्ट कपडाहरूमा अद्वितीय विशेषताहरू छन् जुन तिनीहरूको विशिष्ट कन्फिगरेसनहरू प्रतिबिम्बित गर्दछ।
स्मार्ट टेक्सटाइल कन्फिगरेसनहरू छन्।(A, B) इनलेट प्रेशर र आउटलेट लम्बाइ र बुना पानाहरूको लागि बलको लागि हिस्टेरेसिस कर्भहरू।(C) बुनेको पानाको क्षेत्रफल विस्तार।(D,E) निटवेयरका लागि इनपुट दबाब र आउटपुट लम्बाइ र बल बीचको सम्बन्ध।(F) रेडियली विस्तारित संरचनाहरूको क्षेत्र विस्तार।(G) बेन्डिङ ड्राइभको तीन फरक लम्बाइको झुकाउने कोणहरू।
बुनेको पानाको प्रत्येक AMF लगभग 30% लम्बाइ उत्पन्न गर्न 1 MPa को इनलेट दबाबको अधीनमा थियो (चित्र 4A)।हामीले धेरै कारणहरूका लागि सम्पूर्ण प्रयोगको लागि यो थ्रेसहोल्ड छनोट गर्यौं: (1) महत्त्वपूर्ण विस्तार (लगभग 30%) तिनीहरूको हिस्टेरेसिस कर्भहरूमा जोड दिनको लागि, (2) विभिन्न प्रयोगहरूबाट साइकल चलाउनबाट रोक्न र दुर्घटनात्मक क्षति वा विफलताको परिणामस्वरूप पुन: प्रयोज्य प्रोटोटाइपहरू।।उच्च तरल दबाव अन्तर्गत।मृत क्षेत्र स्पष्ट रूपमा देखिने छ, र इनलेट दबाब 0.3 MPa नपुग्दा सम्म ब्रेड गतिहीन रहन्छ।दबाब लम्बाइ हिस्टेरेसिस प्लटले पम्पिङ र रिलिजिङ चरणहरू बीचको ठूलो अन्तर देखाउँछ, जसले बुनेको पानाले विस्तारबाट संकुचनमा आफ्नो गति परिवर्तन गर्दा ऊर्जाको महत्त्वपूर्ण हानि भएको संकेत गर्दछ।(चित्र 4A)।1 MPa को इनलेट प्रेशर प्राप्त गरेपछि, बुनेको पानाले 5.6 N (चित्र 4B) को संकुचन बल प्रयोग गर्न सक्छ।दबाव-बल हिस्टेरेसिस प्लटले पनि रिसेट कर्भ लगभग प्रेशर बिल्ड-अप वक्रसँग ओभरल्याप हुन्छ भनेर देखाउँछ।बुनेको पानाको क्षेत्र विस्तार 3D सतह प्लट (चित्र 4C) मा देखाइए अनुसार, प्रत्येक दुई AMF मा लागू गरिएको दबाबको मात्रामा निर्भर गर्दछ।प्रयोगहरूले यो पनि देखाउँछन् कि बुनेको पानाले 66% को क्षेत्र विस्तार उत्पादन गर्न सक्छ जब यसको वार्प र वेफ्ट एएमएफहरू एकैसाथ 1 MPa को हाइड्रोलिक दबावको अधीनमा हुन्छन्।
बुनेको पानाका लागि प्रयोगात्मक नतिजाहरूले बुनेको पानासँग समान ढाँचा देखाउँछन्, तनाव-दबाव रेखाचित्र र ओभरल्यापिंग दबाव-बल वक्रहरूमा फराकिलो हिस्टेरेसिस अन्तर सहित।बुनेको पानाले 30% को विस्तार देखायो, जस पछि 1 MPa (चित्र 4D, E) को इनलेट दबावमा कम्प्रेसन बल 9 N थियो।
गोलो बुनेको पानाको मामलामा, यसको प्रारम्भिक क्षेत्र 1 MPa (चित्र 4F) को तरल दबाबमा पर्दा प्रारम्भिक क्षेत्रको तुलनामा 25% ले बढ्यो।नमूना विस्तार गर्न सुरु हुनु अघि, त्यहाँ 0.7 MPa सम्म ठूलो इनलेट दबाव मृत क्षेत्र छ।यो ठूलो मृत क्षेत्रको अपेक्षा गरिएको थियो किनकि नमूनाहरू ठूला AMF बाट बनाइएका थिए जसलाई उनीहरूको प्रारम्भिक तनाव हटाउन उच्च दबाब चाहिन्छ।अंजीर मा।4F ले यो पनि देखाउँछ कि रिलिज कर्भ लगभग दबाव बृद्धि वक्रसँग मेल खान्छ, डिस्क आन्दोलन स्विच गर्दा थोरै ऊर्जा हानि संकेत गर्दछ।
तीन झुकाउने एक्चुएटरहरू (तिसू पुन: कन्फिगरेसन) को लागि प्रयोगात्मक नतिजाहरूले देखाउँछन् कि तिनीहरूको हिस्टेरेसिस कर्भहरू समान ढाँचा (चित्र 4G) छन्, जहाँ तिनीहरूले उठाउनु अघि 0.2 MPa सम्मको इनलेट प्रेशर डेड जोन अनुभव गर्छन्।हामीले तीनवटा झुकेका ड्राइभहरू (L20, L30 र L50 mm) मा तरल पदार्थको समान मात्रा (0.035 ml) लागू गर्यौं।यद्यपि, प्रत्येक एक्चुएटरले विभिन्न दबाव चुचुराहरू अनुभव गरे र विभिन्न झुकाउने कोणहरू विकास गरे।L20 र L30 mm एक्चुएटरहरूले 0.72 र 0.67 MPa को इनलेट प्रेशर अनुभव गरे, क्रमशः 167° र 194° को झुकाउने कोणहरूमा पुग्यो।सबैभन्दा लामो झुकाउने ड्राइभ (लम्बाइ 50 मिमी) 0.61 MPa को दबाब सहन र 236° को अधिकतम झुकाउने कोणमा पुग्यो।दबाब कोण हिस्टेरेसिस प्लटहरूले सबै तीन झुकाउने ड्राइभहरूको लागि दबाब र रिलिज कर्भहरू बीचको अपेक्षाकृत ठूलो अंतर पनि प्रकट गर्‍यो।
माथिको स्मार्ट टेक्सटाइल कन्फिगरेसनहरूको लागि इनपुट भोल्युम र आउटपुट गुणहरू (लम्बाइ, बल, क्षेत्र विस्तार, झुकाउने कोण) बीचको सम्बन्ध पूरक चित्र S2 मा फेला पार्न सकिन्छ।
अघिल्लो खण्डमा प्रयोगात्मक परिणामहरूले स्पष्ट रूपमा लागू इनलेट दबाव र AMF नमूनाहरूको आउटलेट विस्तार बीच समानुपातिक सम्बन्ध प्रदर्शन गर्दछ।AMB जति बलियो हुन्छ, त्यति नै बढि विस्तार हुन्छ र यसले जति धेरै लोचदार ऊर्जा जम्मा गर्छ।तसर्थ, यसले जति धेरै कम्प्रेसिभ बल प्रयोग गर्छ।नतिजाहरूले यो पनि देखाए कि इनलेट दबाब पूर्ण रूपमा हटाइँदा नमूनाहरूले उनीहरूको अधिकतम कम्प्रेसन बलमा पुग्यो।यस खण्डले विश्लेषणात्मक मोडेलिङ र प्रयोगात्मक प्रमाणीकरण मार्फत बुनेको र बुना पानाहरूको लम्बाइ र अधिकतम संकुचन बल बीच प्रत्यक्ष सम्बन्ध स्थापित गर्ने लक्ष्य राख्छ।
एकल AMF को अधिकतम संकुचन बल Fout (इनलेट प्रेसर P = 0 मा) रेफ 49 मा दिइएको थियो र निम्नानुसार पुन: प्रस्तुत गरिएको थियो:
ती मध्ये, α, E, र A0 क्रमशः स्ट्रेचिंग कारक, यंगको मोडुलस, र सिलिकन ट्यूबको क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हुन्;k सर्पिल कुण्डलीको कठोरता गुणांक हो;x र li अफसेट र प्रारम्भिक लम्बाइ हुन्।AMP, क्रमशः।
सही समीकरण।(१) बुनेको र बुनेको पानालाई उदाहरणको रूपमा लिनुहोस् (चित्र 5A, B)।बुनेको उत्पादन Fkv र बुनेको उत्पादन Fwh को संकुचन बलहरू क्रमशः समीकरण (2) र (3) द्वारा व्यक्त गरिन्छ।
जहाँ mk लूपको संख्या हो, φp भनेको इन्जेक्सनको क्रममा बुनेको कपडाको लुप कोण हो (चित्र 5A), mh थ्रेडहरूको संख्या हो, θhp इंजेक्शनको क्रममा बुनेको कपडाको संलग्नता कोण हो (चित्र 5B), εkv εwh बुनेको पाना र बुनेको पानाको विकृति हो, F0 सर्पिल कुण्डलको प्रारम्भिक तनाव हो।समीकरणको विस्तृत व्युत्पन्न।(2) र (3) समर्थन जानकारी पाउन सकिन्छ।
विस्तार-बल सम्बन्धको लागि एक विश्लेषणात्मक मोडेल सिर्जना गर्नुहोस्।(A,B) क्रमशः बुनेका र बुनेका पानाहरूका लागि विश्लेषणात्मक मोडेल चित्रण।(C,D) विश्लेषणात्मक मोडेल र बुनेको र बुना पानाहरूको लागि प्रयोगात्मक डेटाको तुलना।RMSE रूट मतलब वर्ग त्रुटि।
विकसित मोडेलको परीक्षण गर्न, हामीले चित्र 2A मा बुनेको ढाँचाहरू र चित्र 2B मा ब्रेडेड नमूनाहरू प्रयोग गरेर लम्बाइ प्रयोगहरू प्रदर्शन गर्यौं।संकुचन बल 0% देखि 50% सम्म प्रत्येक लक गरिएको विस्तारको लागि 5% वृद्धिमा मापन गरिएको थियो।पाँच परीक्षणहरूको औसत र मानक विचलन चित्र 5C (निट) र चित्र 5D (बुना) मा प्रस्तुत गरिएको छ।विश्लेषणात्मक मोडेल को वक्र समीकरणहरु द्वारा वर्णन गरिएको छ।प्यारामिटरहरू (2) र (3) तालिकामा दिइएको छ।1. नतिजाहरूले देखाउँछन् कि विश्लेषणात्मक मोडेलले निटवेयरको लागि 0.34 N को रूट मीन स्क्वायर त्रुटि (RMSE), बुनेको AMF H (तेर्सो दिशा) र 0.17 N को साथ सम्पूर्ण लम्बाइ दायरामा प्रयोगात्मक डेटासँग राम्रो सम्झौतामा छ। बुनेको AMF को लागी।V (ठाडो दिशा)।
आधारभूत चालहरूका अतिरिक्त, प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइलहरू S-bend, रेडियल संकुचन, र 2D देखि 3D विरूपण जस्ता थप जटिल आन्दोलनहरू प्रदान गर्न मेकानिकली रूपमा प्रोग्राम गर्न सकिन्छ।हामी यहाँ फ्ल्याट स्मार्ट कपडाहरूलाई इच्छित संरचनाहरूमा प्रोग्रामिङ गर्नका लागि धेरै विधिहरू प्रस्तुत गर्दछौं।
रैखिक दिशामा डोमेन विस्तार गर्नका साथै, एकदिशात्मक बुनेका पानाहरूलाई मेकानिकल रूपमा बहुमोडल आन्दोलन (चित्र 6A) सिर्जना गर्न प्रोग्राम गर्न सकिन्छ।हामी ब्रेडेड पानाको विस्तारलाई झुकाउने गतिको रूपमा पुन: कन्फिगर गर्छौं, यसको एउटा अनुहार (माथि वा तल) सिलाई थ्रेडको साथ सीमित गर्दछ।पानाहरू दबाबमा बाउन्डिङ सतहतिर झुकिन्छन्।अंजीर मा।6A ले बुनिएको प्यानलका दुई उदाहरणहरू देखाउँछ जुन S आकारको हुन्छ जब एउटा आधा माथिल्लो छेउमा क्र्याम्प हुन्छ र अर्को आधा तल छेउमा क्र्याम्प हुन्छ।वैकल्पिक रूपमा, तपाईं गोलाकार झुकाउने गति सिर्जना गर्न सक्नुहुन्छ जहाँ केवल सम्पूर्ण अनुहार सीमित छ।एक दिशात्मक ब्रेडेड पानालाई यसको दुई छेउलाई ट्युबुलर संरचना (चित्र 6B) मा जोडेर कम्प्रेसन स्लिभमा पनि बनाउन सकिन्छ।आस्तीनलाई कम्प्रेसन प्रदान गर्नको लागि व्यक्तिको औंला माथि लगाइन्छ, दुखाइ कम गर्न वा रक्तसंचार सुधार गर्नको लागि मसाज थेरापीको एक रूप।यसलाई शरीरका अन्य अंगहरू जस्तै हात, नितम्ब र खुट्टामा फिट गर्न मापन गर्न सकिन्छ।
एक दिशामा पाना बुन्ने क्षमता।(A) सिलाई धागो को आकार को प्रोग्रामेबिलिटी को कारण विरूपण संरचना को निर्माण।(B) औंला कम्प्रेसन आस्तीन।(C) ब्रेडेड पानाको अर्को संस्करण र फोरआर्म कम्प्रेसन आस्तीनको रूपमा यसको कार्यान्वयन।(D) AMF प्रकार M, एक्रिलिक यार्न र Velcro स्ट्र्यापबाट बनेको अर्को कम्प्रेसन स्लिभ प्रोटोटाइप।विस्तृत विवरणहरू विधिहरू खण्डमा फेला पार्न सकिन्छ।
चित्र 6C ले एकल AMF र कपासको धागोबाट बनेको दिशाहीन बुनेको पानाको अर्को उदाहरण देखाउँछ।पाना क्षेत्र मा 45% द्वारा विस्तार गर्न सक्छ (1.2 MPa मा) वा दबाब मा गोलाकार गति को कारण।हामीले पानाको अन्त्यमा चुम्बकीय स्ट्र्यापहरू जोडेर फोरआर्म कम्प्रेसन आस्तीन सिर्जना गर्न पाना पनि समावेश गरेका छौं।अर्को प्रोटोटाइप फोरआर्म कम्प्रेसन आस्तीन चित्र 6D मा देखाइएको छ, जसमा एक दिशात्मक ब्रेडेड पानाहरू टाइप M AMF (विधिहरू हेर्नुहोस्) र एक्रिलिक यार्नहरू बलियो कम्प्रेसन बलहरू उत्पन्न गर्न बनाइएको थियो।हामीले पानाको छेउमा वेल्क्रो स्ट्र्यापहरू सजिलो एट्याचमेन्टको लागि र विभिन्न हात आकारहरूको लागि सुसज्जित गरेका छौं।
संयम प्रविधि, जसले रैखिक विस्तारलाई झुकाउने गतिमा रूपान्तरण गर्दछ, द्विदिश बुनेका पानाहरूमा पनि लागू हुन्छ।हामी तानाको एक छेउमा कपासका धागोहरू बुन्दछौं र वेफ्ट बुनेका पानाहरू विस्तार हुन सक्दैनन् (चित्र 7A)।यसरी, जब दुई AMFs ले एकअर्काबाट स्वतन्त्र रूपमा हाइड्रोलिक दबाव प्राप्त गर्दछ, पानाले द्वि-दिशात्मक झुकाउने गतिबाट गुज्र्छ र एक स्वैच्छिक त्रि-आयामी संरचना गठन गर्दछ।अर्को दृष्टिकोणमा, हामी द्विदिशात्मक बुना पानाहरूको एक दिशालाई सीमित गर्न अक्षुण्ण धागो प्रयोग गर्छौं (चित्र 7B)।यसरी, पानाले स्वतन्त्र झुकाउने र स्ट्रेचिंग आन्दोलनहरू गर्न सक्छ जब सम्बन्धित AMF दबाबमा हुन्छ।अंजीर मा।7B ले एउटा उदाहरण देखाउँछ जसमा एक द्विदिशात्मक ब्रेडेड पानालाई मानव औंलाको दुई तिहाइ भागलाई झुकाउने गतिले बेराउन नियन्त्रण गरिन्छ र त्यसपछि यसको लम्बाइ विस्तार गरी बाँकी भागलाई स्ट्रेचिङ मोसनले ढाक्छ।पानाहरूको दुई-तर्फी आन्दोलन फेसन डिजाइन वा स्मार्ट कपडा विकासको लागि उपयोगी हुन सक्छ।
द्वि-दिशात्मक बुना पाना, बुना पाना र रेडियल विस्तार योग्य डिजाइन क्षमताहरू।(A) द्वि-दिशात्मक बन्डेड द्वि-दिशात्मक विकर प्यानलहरू द्वि-दिशात्मक बन्ड सिर्जना गर्न।(B) एकदिशात्मक रूपमा सीमित द्विदिशात्मक विकर प्यानलहरूले फ्लेक्स र लम्बाइ उत्पादन गर्दछ।(C) उच्च लोचदार बुनेको पाना, जसले विभिन्न सतहको वक्रता अनुरूप र ट्युबुलर संरचनाहरू पनि बनाउन सक्छ।(D) हाइपरबोलिक प्याराबोलिक आकार (आलु चिप्स) बनाउने रेडियली विस्तार हुने संरचनाको केन्द्र रेखाको सीमांकन।
हामीले बुनेको भागको माथिल्लो र तल्लो पङ्क्तिका दुई छेउछाउका लूपहरूलाई सिलाई धागोले जोड्यौं ताकि यो नखुल्ने (चित्र 7C)।तसर्थ, बुनेको पाना पूर्णतया लचिलो हुन्छ र यसले मानव हात र पाखुराको छालाको सतह जस्ता विभिन्न सतह वक्रहरूमा राम्रोसँग अनुकूल हुन्छ।हामीले यात्राको दिशामा बुनेको भागको छेउ जोडेर ट्यूबलर संरचना (आस्तीन) पनि सिर्जना गर्यौं।आस्तीन व्यक्तिको औंला (चित्र 7C) वरिपरि राम्ररी बेरिन्छ।बुनेको कपडाको सिनुओसिटीले उत्कृष्ट फिट र विरूपता प्रदान गर्दछ, यसले स्मार्ट पहिरन (पन्जा, कम्प्रेसन आस्तीन) मा प्रयोग गर्न सजिलो बनाउँदछ, आराम प्रदान गर्दछ (फिट मार्फत) र उपचारात्मक प्रभाव (संकुचन मार्फत)।
धेरै दिशाहरूमा 2D रेडियल विस्तारको अतिरिक्त, गोलाकार बुना पानाहरू पनि 3D संरचनाहरू बनाउन प्रोग्राम गर्न सकिन्छ।हामीले यसको एकसमान रेडियल विस्तारमा बाधा पुर्‍याउन एक्रिलिक धागोको साथ गोल ब्रेडको केन्द्र रेखालाई सीमित गर्यौं।नतिजाको रूपमा, गोलाकार बुनेको पानाको मूल समतल आकार दबाब पछि हाइपरबोलिक प्याराबोलिक आकार (वा आलु चिप्स) मा रूपान्तरण भयो (चित्र 7D)।यो आकार परिवर्तन गर्ने क्षमता लिफ्ट मेकानिजम, अप्टिकल लेन्स, मोबाइल रोबोट खुट्टा, वा फेसन डिजाइन र बायोनिक रोबोटहरूमा उपयोगी हुन सक्छ।
हामीले नन-स्ट्रेच फेब्रिक (चित्र ३) को स्ट्रिपमा AMF ग्लुइङ गरेर फ्लेक्सरल ड्राइभहरू सिर्जना गर्ने एउटा सरल प्रविधि विकास गरेका छौं।हामी यो अवधारणालाई आकार प्रोग्रामयोग्य थ्रेडहरू सिर्जना गर्न प्रयोग गर्छौं जहाँ हामी रणनीतिक रूपमा एक AMF मा धेरै सक्रिय र निष्क्रिय खण्डहरूलाई इच्छित आकारहरू सिर्जना गर्न वितरण गर्न सक्छौं।हामीले चार सक्रिय फिलामेन्टहरू बनायौं र प्रोग्राम गर्यौं जसले तिनीहरूको आकारलाई सीधा अक्षरबाट (UNSW) मा परिवर्तन गर्न सक्ने दबाब बढ्यो (पूरक चित्र। S4)।यो सरल विधिले AMF लाई 1D रेखाहरूलाई 2D आकारहरू र सम्भवतः 3D ढाँचाहरूमा परिवर्तन गर्न अनुमति दिन्छ।
समान दृष्टिकोणमा, हामीले निष्क्रिय सामान्य तन्तुको टुक्रालाई सक्रिय टेट्रापोड (चित्र 8A) मा पुन: कन्फिगर गर्न एकल AMF प्रयोग गर्यौं।राउटिङ र प्रोग्रामिङ अवधारणाहरू चित्र 3C मा देखाइएका जस्तै छन्।यद्यपि, आयताकार पानाहरूको सट्टा, तिनीहरूले चतुर्भुज ढाँचा (कछुवा, कपास मलमल) संग कपडाहरू प्रयोग गर्न थाले।त्यसैले, खुट्टा लामो छ र संरचना उच्च उठाउन सकिन्छ।संरचनाको उचाइ बिस्तारै दबाबमा बढ्दै जान्छ जबसम्म यसको खुट्टाहरू भुइँमा सीधा हुँदैनन्।यदि इनलेट प्रेशर बढ्दै गयो भने, खुट्टाहरू भित्रतिर ढल्किनेछन्, संरचनाको उचाइ कम गर्दै।टेट्रापोडहरूले लोकोमोसन प्रदर्शन गर्न सक्छन् यदि तिनीहरूको खुट्टा एक दिशात्मक ढाँचाहरूसँग सुसज्जित छ वा गति हेरफेर रणनीतिहरूको साथ बहु AMFs प्रयोग गर्दछ।सफ्ट लोकोमोसन रोबोटहरू विभिन्न कार्यहरूका लागि आवश्यक पर्दछ, जसमा जङ्गलको आगो, भत्किएका भवनहरू वा खतरनाक वातावरणबाट उद्धार गर्ने र मेडिकल ड्रग डेलिभरी रोबोटहरू समावेश छन्।
फेब्रिकलाई आकार परिवर्तन गर्ने संरचनाहरू सिर्जना गर्न पुन: कन्फिगर गरिएको छ।(A) AMF लाई निष्क्रिय कपडाको पानाको सिमानामा टाँस्नुहोस्, यसलाई चार खुट्टाको संरचनामा परिणत गर्नुहोस्।(BD) तन्तु पुन: कन्फिगरेसनका दुई अन्य उदाहरणहरू, निष्क्रिय पुतलीहरू र फूलहरूलाई सक्रियमा परिणत गर्दै।नन-स्ट्रेच कपडा: सादा कपास मलमल।
हामीले यस टिश्यु पुन: कन्फिगरेसन प्रविधिको सरलता र बहुमुखीताको फाइदा पनि लिन्छौं (चित्र 8B-D) को लागि दुई अतिरिक्त बायोइन्स्पायर्ड संरचनाहरू प्रस्तुत गरेर।एक राउटेबल AMF को साथ, यी फारम-विकृत संरचनाहरू निष्क्रिय ऊतकको पानाहरूबाट सक्रिय र स्टेरेबल संरचनाहरूमा पुन: कन्फिगर हुन्छन्।मोनार्क बटरफ्लाइबाट प्रेरित भएर, हामीले पुतलीको आकारको कपडाको टुक्रा (कटन मलमल) र यसको पखेटामुनि टाँसिएको AMF को लामो टुक्रा प्रयोग गरेर रूपान्तरण गर्ने पुतलीको संरचना बनायौं।जब AMF दबाबमा हुन्छ, पखेटाहरू माथि उठ्छन्।मोनार्क बटरफ्लाइ जस्तै, बटरफ्लाइ रोबोटको बायाँ र दायाँ पखेटाहरू उस्तै फ्याप्छन् किनभने तिनीहरू दुवै AMF द्वारा नियन्त्रित हुन्छन्।बटरफ्लाइ फ्ल्यापहरू प्रदर्शन उद्देश्यका लागि मात्र हुन्।यो स्मार्ट बर्ड (फेस्टो कर्पोरेशन, संयुक्त राज्य अमेरिका) जस्तै उड्न सक्दैन।हामीले कपडाको फूल (चित्र 8D) पनि बनायौं जसमा प्रत्येक पाँचवटा पंखुडीका दुई तहहरू छन्।हामीले पंखुडीको बाहिरी किनारा पछि प्रत्येक तहको तल AMF राख्यौं।सुरुमा, फूलहरू पूर्ण रूपमा खिलिएका छन्, सबै पंखुडीहरू पूर्ण रूपमा खुला छन्।दबाबमा, AMF ले पंखुडीहरूको झुकाउने आन्दोलनको कारण बनाउँछ, जसले तिनीहरूलाई बन्द गर्दछ।दुई AMFs ले स्वतन्त्र रूपमा दुई तहको आन्दोलनलाई नियन्त्रण गर्दछ, जबकि एक तहको पाँचवटा पंखुडीहरू एकै समयमा फ्लेक्स हुन्छन्।