द्रव-चालित कृत्रिम स्नायू तंतू वापरून स्मार्ट कापड

Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्सचे कॅरोसेल प्रदर्शित करते.एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइडर बटणे वापरा.
स्मार्ट कापड तयार करण्यासाठी कापड आणि कृत्रिम स्नायू एकत्र करणे वैज्ञानिक आणि औद्योगिक दोन्ही समुदायांचे लक्ष वेधून घेत आहे.स्मार्ट टेक्सटाइल्स अनेक फायदे देतात, ज्यामध्ये अनुकूली आराम आणि इच्छित हालचाल आणि सामर्थ्य यासाठी सक्रिय क्रिया प्रदान करताना वस्तूंच्या उच्च प्रमाणात अनुरूपता समाविष्ट आहे.हा लेख द्रव-चालित कृत्रिम स्नायू तंतू विणणे, विणणे आणि ग्लूइंग करण्याच्या विविध पद्धती वापरून प्रोग्राम करण्यायोग्य स्मार्ट फॅब्रिक्सचा एक नवीन वर्ग सादर करतो.विणलेल्या आणि विणलेल्या कापडाच्या शीटच्या लांबलचक शक्तीचे गुणोत्तर वर्णन करण्यासाठी एक गणितीय मॉडेल विकसित केले गेले आणि नंतर त्याची वैधता प्रायोगिकरित्या तपासली गेली.नवीन "स्मार्ट" टेक्सटाइलमध्ये उच्च लवचिकता, अनुरूपता आणि यांत्रिक प्रोग्रामिंगची वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामुळे अनुप्रयोगांच्या विस्तृत श्रेणीसाठी मल्टी-मॉडल हालचाल आणि विकृत क्षमता सक्षम होते.प्रायोगिक पडताळणीद्वारे विविध स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइप तयार केले गेले आहेत, ज्यामध्ये आकार बदलणे (65% पर्यंत), क्षेत्र विस्तार (108%), रेडियल विस्तार (25%) आणि वाकणे गती यांचा समावेश आहे.बायोमिमेटिक आकार देणाऱ्या स्ट्रक्चर्ससाठी निष्क्रिय पारंपारिक ऊतकांच्या सक्रिय संरचनांमध्ये पुनर्रचना करण्याच्या संकल्पनेचा देखील शोध घेतला जात आहे.प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइल्समध्ये स्मार्ट वेअरेबल, हॅप्टिक सिस्टीम, बायोमिमेटिक सॉफ्ट रोबोट्स आणि वेअरेबल इलेक्ट्रॉनिक्सचा विकास करणे अपेक्षित आहे.
संरचित वातावरणात काम करताना कठोर रोबोट प्रभावी असतात, परंतु बदलत्या वातावरणाच्या अज्ञात संदर्भासह समस्या असतात, ज्यामुळे त्यांचा वापर शोध किंवा शोधात मर्यादित होतो.बाह्य घटक आणि विविधतेला सामोरे जाण्यासाठी निसर्ग आपल्याला अनेक कल्पक धोरणांसह आश्चर्यचकित करत आहे.उदाहरणार्थ, गिर्यारोहण वनस्पतींचे टेंड्रिल्स योग्य आधाराच्या शोधात अज्ञात वातावरणाचा शोध घेण्यासाठी वाकणे आणि आवर्त यांसारख्या बहुविध हालचाली करतात.व्हीनस फ्लायट्रॅप (Dionaea muscipula) च्या पानांवर संवेदनशील केस असतात जे ट्रिगर झाल्यावर शिकार 2 पकडण्यासाठी जागेवर येतात.अलिकडच्या वर्षांत, जैविक संरचनांची नक्कल करणाऱ्या द्विमितीय (2D) पृष्ठभागांपासून त्रि-आयामी (3D) आकारांमध्ये शरीराचे विकृतीकरण किंवा विकृतीकरण हा एक मनोरंजक संशोधन विषय बनला आहे3,4.हे सॉफ्ट रोबोटिक कॉन्फिगरेशन बदलत्या वातावरणाशी जुळवून घेण्यासाठी आकार बदलतात, मल्टीमोडल लोकोमोशन सक्षम करतात आणि यांत्रिक कार्य करण्यासाठी बल लागू करतात.त्यांचा आवाका रोबोटिक्स ऍप्लिकेशन्सच्या विस्तृत श्रेणीपर्यंत विस्तारला आहे, ज्यामध्ये deployables5, reconfigurable and self-folding robots6,7, biomedical devices8, vehicles9,10 and expanable electronics11 यांचा समावेश आहे.
प्रोग्राम करण्यायोग्य फ्लॅट प्लेट्स विकसित करण्यासाठी बरेच संशोधन केले गेले आहे जे सक्रिय केल्यावर, जटिल त्रि-आयामी संरचनांमध्ये रूपांतरित होतात3.विकृत रचना तयार करण्याची एक सोपी कल्पना म्हणजे उत्तेजक 12,13 च्या संपर्कात आल्यावर लवचिक आणि सुरकुत्या पडणाऱ्या विविध सामग्रीचे थर एकत्र करणे.जानबाज वगैरे.14 आणि ली एट अल.15 ने उष्णता-संवेदनशील मल्टीमॉडल विकृत रोबोट तयार करण्यासाठी ही संकल्पना लागू केली आहे.उत्तेजक-प्रतिसाद घटकांचा समावेश असलेल्या ओरिगामी-आधारित संरचना जटिल त्रि-आयामी संरचना 16,17,18 तयार करण्यासाठी वापरल्या गेल्या आहेत.जैविक संरचनांच्या मॉर्फोजेनेसिसद्वारे प्रेरित, इमॅन्युएल एट अल.आकार-विकृत इलास्टोमर्स रबरच्या पृष्ठभागाच्या आत एअर चॅनेल आयोजित करून तयार केले जातात जे दबावाखाली जटिल, अनियंत्रित त्रि-आयामी आकारात बदलतात.
विकृत सॉफ्ट रोबोट्समध्ये कापड किंवा फॅब्रिक्सचे एकत्रीकरण हा आणखी एक नवीन संकल्पना प्रकल्प आहे ज्याने व्यापक रूची निर्माण केली आहे.कापड हे विणकाम, विणकाम, वेणी किंवा गाठ विणकाम यासारख्या विणकाम तंत्रांद्वारे धाग्यापासून बनविलेले मऊ आणि लवचिक पदार्थ आहेत.लवचिकता, तंदुरुस्तपणा, लवचिकता आणि श्वासोच्छवासासह फॅब्रिक्सचे आश्चर्यकारक गुणधर्म त्यांना कपड्यांपासून ते वैद्यकीय अनुप्रयोगांपर्यंत सर्व गोष्टींमध्ये खूप लोकप्रिय करतात.रोबोटिक्स 21 मध्ये कापडाचा समावेश करण्यासाठी तीन व्यापक दृष्टिकोन आहेत.पहिला दृष्टीकोन म्हणजे टेक्सटाइलचा वापर इतर घटकांसाठी निष्क्रिय आधार किंवा आधार म्हणून करणे.या प्रकरणात, कठोर घटक (मोटर, सेन्सर, वीज पुरवठा) वाहून नेताना निष्क्रिय कापड वापरकर्त्यासाठी सोयीस्कर फिट प्रदान करतात.बहुतेक सॉफ्ट वेअरेबल रोबोट्स किंवा सॉफ्ट एक्सोस्केलेटन या दृष्टिकोनाखाली येतात.उदाहरणार्थ, वॉकिंग एड्ससाठी सॉफ्ट वेअरेबल एक्सोस्केलेटन 22 आणि एल्बो एड्स 23, 24, 25, सॉफ्ट वेअरेबल ग्लोव्हज 26 हात आणि बोटांच्या एड्ससाठी आणि बायोनिक सॉफ्ट रोबोट्स 27.
दुसरा दृष्टीकोन म्हणजे सॉफ्ट रोबोटिक उपकरणांचे निष्क्रिय आणि मर्यादित घटक म्हणून कापड वापरणे.कापडावर आधारित अ‍ॅक्ट्युएटर या वर्गात मोडतात, जेथे फॅब्रिक सामान्यतः आतील रबरी नळी किंवा चेंबर समाविष्ट करण्यासाठी बाह्य कंटेनर म्हणून बांधले जाते, ज्यामुळे एक सॉफ्ट फायबर प्रबलित अॅक्ट्युएटर बनते.बाह्य वायवीय किंवा हायड्रॉलिक स्त्रोताच्या अधीन असताना, हे सॉफ्ट ऍक्च्युएटर्स त्यांच्या मूळ रचना आणि कॉन्फिगरेशनवर अवलंबून, वाढवणे, वाकणे किंवा वळवणे यासह आकारात बदल घडवून आणतात.उदाहरणार्थ, तालमन आणि इतर.ऑर्थोपेडिक घोट्याचे कपडे, ज्यामध्ये फॅब्रिक पॉकेट्सची मालिका असते, चालणे 28 पुनर्संचयित करण्यासाठी प्लांटर वळण सुलभ करण्यासाठी सादर केले गेले आहे.विविध एक्स्टेंसिबिलिटीसह टेक्सटाइल लेयर्स एकत्र करून अॅनिसोट्रॉपिक हालचाल तयार केली जाऊ शकते 29.OmniSkins – विविध प्रकारच्या सॉफ्ट अ‍ॅक्ट्युएटर आणि सब्सट्रेट मटेरियलपासून बनवलेल्या सॉफ्ट रोबोटिक स्किन निष्क्रिय वस्तूंचे मल्टीफंक्शनल सक्रिय रोबोटमध्ये रूपांतर करू शकतात जे विविध अनुप्रयोगांसाठी मल्टी-मॉडल हालचाली आणि विकृती करू शकतात.झू वगैरे.एक द्रव टिश्यू स्नायू शीट विकसित केली आहे 31 जी वाढवणे, वाकणे आणि विविध विकृत हालचाली निर्माण करू शकते.बकनर इ.क्रियाशील तंतूंना पारंपारिक टिश्यूजमध्ये समाकलित करून रोबोटिक टिश्यूज तयार करा जसे की अॅक्ट्युएशन, सेन्सिंग आणि व्हेरिएबल स्टिफनेस32.या श्रेणीतील इतर पद्धती या पेपर्स 21, 33, 34, 35 मध्ये आढळू शकतात.
सॉफ्ट रोबोटिक्सच्या क्षेत्रात कापडाच्या उत्कृष्ट गुणधर्मांचा वापर करण्याचा अलीकडील दृष्टीकोन म्हणजे विणकाम, विणकाम आणि विणकाम पद्धती 21,36,37 यासारख्या पारंपारिक कापड उत्पादन पद्धतींचा वापर करून स्मार्ट कापड तयार करण्यासाठी प्रतिक्रियाशील किंवा उत्तेजक-प्रतिक्रियाशील फिलामेंट्सचा वापर करणे.सामग्रीच्या रचनेवर अवलंबून, प्रतिक्रियाशील धाग्यामुळे विद्युत, थर्मल किंवा दाब क्रियेच्या अधीन असताना आकारात बदल होतो, ज्यामुळे फॅब्रिकचे विकृतीकरण होते.या दृष्टिकोनामध्ये, जेथे पारंपारिक कापड मऊ रोबोटिक प्रणालीमध्ये एकत्रित केले जातात, कापडाचे आकार बदलणे बाह्य स्तराऐवजी आतील थरावर (सूत) होते.अशा प्रकारे, स्मार्ट कापड मल्टीमोडल हालचाली, प्रोग्राम करण्यायोग्य विकृती, स्ट्रेचबिलिटी आणि कडकपणा समायोजित करण्याच्या क्षमतेच्या बाबतीत उत्कृष्ट हाताळणी देतात.उदाहरणार्थ, शेप मेमरी अॅलॉय (SMA) आणि शेप मेमरी पॉलिमर (SMPs) हेमिंग 38, सुरकुत्या काढणे 36,39, स्पर्श आणि स्पर्शासंबंधी अभिप्राय 40,41, तसेच अनुकूली यांसारख्या थर्मल उत्तेजनाद्वारे त्यांचे आकार सक्रियपणे नियंत्रित करण्यासाठी फॅब्रिक्समध्ये समाविष्ट केले जाऊ शकतात. घालण्यायोग्य कपडे.उपकरणे 42 .तथापि, गरम आणि थंड करण्यासाठी थर्मल ऊर्जेचा वापर मंद प्रतिसाद आणि कठीण थंड आणि नियंत्रणात परिणाम होतो.अगदी अलीकडे, Hiramitsu et al.मॅककिबेनचे बारीक स्नायू43,44, वायवीय कृत्रिम स्नायू, विणण्याची रचना बदलून सक्रिय कापडाचे विविध प्रकार तयार करण्यासाठी वार्प यार्न म्हणून वापरले जातात.जरी हा दृष्टीकोन उच्च शक्ती प्रदान करतो, मॅककिबेन स्नायूच्या स्वरूपामुळे, त्याचा विस्तार दर मर्यादित आहे (< 50%) आणि लहान आकार (व्यास < 0.9 मिमी) मिळवता येत नाही.याव्यतिरिक्त, तीक्ष्ण कोपरे आवश्यक असलेल्या विणकाम पद्धतींमधून स्मार्ट कापडाचे नमुने तयार करणे कठीण झाले आहे.स्मार्ट कापडांची विस्तृत श्रेणी तयार करण्यासाठी, Maziz et al.इलेक्ट्रोएक्टिव्ह वेअरेबल टेक्सटाइल्स इलेक्ट्रोसेन्सिटिव्ह पॉलिमर धागे विणून आणि विणून विकसित केले गेले आहेत46.
अलिकडच्या वर्षांत, एक नवीन प्रकारचा थर्मोसेन्सिटिव्ह कृत्रिम स्नायू उदयास आला आहे, जो अत्यंत वळणदार, स्वस्त पॉलिमर तंतू 47,48 पासून बनविला गेला आहे.हे तंतू व्यावसायिकदृष्ट्या उपलब्ध आहेत आणि परवडणारे स्मार्ट कपडे तयार करण्यासाठी ते सहजपणे विणकाम किंवा विणकामात समाविष्ट केले जातात.प्रगती असूनही, या नवीन उष्णता-संवेदनशील कापडांना गरम आणि थंड करण्याची आवश्यकता (उदा. तापमान-नियंत्रित कापड) किंवा इच्छित विकृती आणि हालचाल निर्माण करण्यासाठी प्रोग्राम केलेले जटिल विणलेले आणि विणलेले नमुने बनवण्याच्या अडचणीमुळे मर्यादित प्रतिसाद वेळ आहे. .उदाहरणांमध्ये रेडियल विस्तार, 2D ते 3D आकार परिवर्तन किंवा द्वि-दिशात्मक विस्तार समाविष्ट आहे, जे आम्ही येथे देऊ करतो.
या उपरोक्त समस्यांवर मात करण्यासाठी, हा लेख आमच्या नुकत्याच सादर केलेल्या सॉफ्ट आर्टिफिशियल स्नायू तंतू (AMF)49,50,51 पासून बनवलेले नवीन द्रव-चालित स्मार्ट कापड सादर करतो.AMFs अत्यंत लवचिक, स्केलेबल आहेत आणि ते 0.8 मिमी व्यासापर्यंत आणि मोठ्या लांबीपर्यंत (किमान 5000 मिमी) कमी केले जाऊ शकतात, उच्च गुणोत्तर (लांबी ते व्यास) तसेच उच्च लांबी (किमान 245%), उच्च ऊर्जा देतात. कार्यक्षमता, 20Hz पेक्षा कमी वेगवान प्रतिसाद).स्मार्ट कापड तयार करण्यासाठी, आम्ही विणकाम आणि विणकाम तंत्राद्वारे 2D सक्रिय स्नायू स्तर तयार करण्यासाठी सक्रिय सूत म्हणून AMF वापरतो.आम्ही या "स्मार्ट" ऊतींच्या विस्तार दराचा आणि आकुंचन शक्तीचा द्रवपदार्थाचे प्रमाण आणि वितरित दाबाच्या संदर्भात परिमाणात्मक अभ्यास केला आहे.विणलेल्या आणि विणलेल्या शीट्ससाठी लांबलचक शक्ती संबंध स्थापित करण्यासाठी विश्लेषणात्मक मॉडेल विकसित केले गेले आहेत.आम्ही द्वि-दिशात्मक विस्तार, वाकणे, रेडियल विस्तार आणि 2D ते 3D मध्ये संक्रमण करण्याची क्षमता यासह मल्टीमोडल हालचालीसाठी स्मार्ट टेक्सटाइलसाठी अनेक यांत्रिक प्रोग्रामिंग तंत्रांचे वर्णन करतो.आमच्‍या दृष्टिकोनाची ताकद दाखवण्‍यासाठी, आम्‍ही AMF चे व्‍यावसायिक फॅब्रिक्‍स किंवा टेक्सटाइलमध्‍ये समाकलित करण्‍यासाठी त्‍यांचे कॉन्फिगरेशन निष्क्रिय ते सक्रिय संरचनेत बदलू जे विविध विकृतींना कारणीभूत ठरतात.आम्ही ही संकल्पना अनेक प्रायोगिक चाचणी बेंचवर देखील प्रदर्शित केली आहे, ज्यामध्ये इच्छित अक्षरे तयार करण्यासाठी थ्रेड्सचे प्रोग्रामेबल वाकणे आणि फुलपाखरे, चतुर्भुज रचना आणि फुले यांसारख्या वस्तूंच्या आकारात जैविक संरचनांचा आकार बदलणे समाविष्ट आहे.
कापड म्हणजे यार्न, धागे आणि तंतू यांसारख्या परस्पर विणलेल्या एक-आयामी धाग्यांपासून बनवलेल्या लवचिक द्विमितीय संरचना आहेत.टेक्सटाइल हे मानवजातीच्या सर्वात जुन्या तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे आणि जीवनाच्या सर्व पैलूंमध्ये त्याचा आराम, अनुकूलता, श्वासोच्छवास, सौंदर्यशास्त्र आणि संरक्षण यामुळे मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.रोबोटिक ऍप्लिकेशन्स 20,52 मध्ये त्यांच्या मोठ्या क्षमतेमुळे स्मार्ट कापड (स्मार्ट कपडे किंवा रोबोटिक फॅब्रिक्स म्हणूनही ओळखले जाते) संशोधनात वाढत्या प्रमाणात वापरले जात आहेत.स्मार्ट टेक्सटाइल्स मऊ वस्तूंशी संवाद साधण्याचा मानवी अनुभव सुधारण्याचे वचन देतात, या क्षेत्रात बदल घडवून आणतात जेथे विशिष्ट कार्ये करण्यासाठी पातळ, लवचिक फॅब्रिकच्या हालचाली आणि शक्ती नियंत्रित केल्या जाऊ शकतात.या पेपरमध्ये, आम्ही आमच्या अलीकडील AMF49 च्या आधारे स्मार्ट कापडाच्या उत्पादनासाठी दोन दृष्टिकोन शोधतो: (1) पारंपारिक कापड उत्पादन तंत्रज्ञानाचा वापर करून स्मार्ट कापड तयार करण्यासाठी सक्रिय सूत म्हणून AMF चा वापर करा;(2) इच्छित हालचाल आणि विकृती उत्तेजित करण्यासाठी थेट पारंपारिक कपड्यांमध्ये AMF घाला.
AMF मध्ये हायड्रॉलिक पॉवर पुरवठा करण्यासाठी अंतर्गत सिलिकॉन ट्यूब आणि रेडियल विस्तार मर्यादित करण्यासाठी बाह्य हेलिकल कॉइल असते.अशाप्रकारे, जेव्हा दाब लागू केला जातो तेव्हा AMF रेखांशाने वाढतात आणि नंतर दाब सोडल्यावर त्यांच्या मूळ लांबीकडे परत येण्यासाठी आकुंचनशील शक्ती प्रदर्शित करतात.त्यांच्याकडे लवचिकता, लहान व्यास आणि लांब लांबी यासह पारंपारिक तंतूंसारखे गुणधर्म आहेत.तथापि, AMF त्याच्या पारंपारिक समकक्षांपेक्षा हालचाली आणि सामर्थ्याच्या बाबतीत अधिक सक्रिय आणि नियंत्रित आहे.स्मार्ट टेक्सटाईलमधील अलीकडील जलद प्रगतीने प्रेरित होऊन, आम्ही येथे दीर्घकाळ प्रस्थापित फॅब्रिक मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानावर (आकृती 1) AMF लागू करून स्मार्ट कापड निर्मितीसाठी चार प्रमुख दृष्टिकोन सादर करतो.
पहिला मार्ग म्हणजे विणकाम.हायड्रॉलिक पद्धतीने कार्यान्वित केल्यावर एका दिशेने उलगडणारे प्रतिक्रियाशील विणलेले फॅब्रिक तयार करण्यासाठी आम्ही वेफ्ट विणकाम तंत्रज्ञान वापरतो.विणलेली पत्रके खूप ताणलेली आणि ताणण्यायोग्य असतात परंतु विणलेल्या शीट्सपेक्षा अधिक सहजपणे उलगडतात.नियंत्रण पद्धतीवर अवलंबून, AMF वैयक्तिक पंक्ती किंवा पूर्ण उत्पादने तयार करू शकते.फ्लॅट शीट्स व्यतिरिक्त, ट्यूबलर विणकाम नमुने देखील एएमएफ पोकळ संरचनांच्या निर्मितीसाठी योग्य आहेत.दुसरी पद्धत विणकाम आहे, जिथे आपण दोन AMF चा वापर तान आणि वेफ्ट म्हणून एक आयताकृती विणलेली शीट तयार करण्यासाठी करतो जी स्वतंत्रपणे दोन दिशांनी विस्तारू शकते.विणलेल्या शीटपेक्षा विणलेल्या पत्रके अधिक नियंत्रण (दोन्ही दिशांनी) प्रदान करतात.एक सोपी विणलेली शीट बनवण्यासाठी आम्ही पारंपारिक धाग्यापासून AMF देखील विणतो ज्याला फक्त एकाच दिशेने जखमा करता येतात.तिसरी पद्धत - रेडियल विस्तार - विणकाम तंत्राचा एक प्रकार आहे, ज्यामध्ये एएमपी आयतामध्ये नसून सर्पिलमध्ये स्थित आहेत आणि थ्रेड रेडियल प्रतिबंध प्रदान करतात.या प्रकरणात, वेणी इनलेट दाब अंतर्गत त्रिज्यपणे विस्तारते.चौथा दृष्टीकोन म्हणजे इच्छित दिशेने वाकलेली गती तयार करण्यासाठी निष्क्रिय फॅब्रिकच्या शीटवर AMF चिकटविणे.आम्ही पॅसिव्ह ब्रेकआउट बोर्डला त्याच्या काठावर AMF चालवून सक्रिय ब्रेकआउट बोर्डमध्ये पुन्हा कॉन्फिगर केले आहे.AMF चे हे प्रोग्राम करण्यायोग्य स्वरूप जैव-प्रेरित आकार-परिवर्तन करणार्‍या सॉफ्ट स्ट्रक्चर्ससाठी असंख्य शक्यता उघडते जिथे आपण निष्क्रिय वस्तूंना सक्रिय बनवू शकतो.ही पद्धत सोपी, सोपी आणि जलद आहे, परंतु प्रोटोटाइपच्या दीर्घायुष्याशी तडजोड करू शकते.वाचकाला साहित्यातील इतर पध्दतींचा संदर्भ दिला जातो ज्यामध्ये प्रत्येक ऊती गुणधर्माची ताकद आणि कमकुवतपणा 21,33,34,35 तपशीलवार असतो.
पारंपारिक कापड तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या बहुतेक धागे किंवा धाग्यांमध्ये निष्क्रिय संरचना असते.या कामात, आम्ही आमची पूर्वी विकसित केलेली AMF वापरतो, जी मीटर लांबी आणि सबमिलीमीटर व्यासापर्यंत पोहोचू शकते, पारंपारिक पॅसिव्ह टेक्सटाइल यार्नच्या जागी AFM ने मोठ्या प्रमाणात ऍप्लिकेशन्ससाठी बुद्धिमान आणि सक्रिय फॅब्रिक्स तयार करू शकतो.खालील विभाग स्मार्ट टेक्सटाईल प्रोटोटाइप बनवण्याच्या तपशीलवार पद्धतींचे वर्णन करतात आणि त्यांची मुख्य कार्ये आणि वर्तन सादर करतात.
आम्ही वेफ्ट विणकाम तंत्राचा वापर करून तीन AMF जर्सी हस्तनिर्मित केल्या (चित्र 2A).AMFs आणि प्रोटोटाइपसाठी सामग्रीची निवड आणि तपशीलवार तपशील पद्धती विभागात आढळू शकतात.प्रत्येक AMF एक वळणाचा मार्ग (ज्याला मार्ग देखील म्हणतात) अनुसरण करतो जो सममितीय लूप बनवतो.प्रत्येक पंक्तीचे लूप त्यांच्या वर आणि खाली असलेल्या पंक्तीच्या लूपसह निश्चित केले जातात.कोर्सला लंब असलेल्या एका स्तंभाच्या रिंग शाफ्टमध्ये एकत्र केल्या जातात.आमच्या विणलेल्या प्रोटोटाइपमध्ये प्रत्येक ओळीत सात टाके (किंवा सात टाके) च्या तीन ओळी असतात.वरच्या आणि खालच्या रिंग्स निश्चित नाहीत, म्हणून आम्ही त्यांना संबंधित धातूच्या रॉड्सशी जोडू शकतो.पारंपारिक धाग्याच्या तुलनेत AMF च्या जास्त कडकपणामुळे विणलेले प्रोटोटाइप पारंपारिक विणलेल्या कापडांपेक्षा अधिक सहजपणे उलगडले.म्हणून, आम्ही जवळच्या पंक्तींचे लूप पातळ लवचिक कॉर्डने बांधले.
विविध AMF कॉन्फिगरेशनसह विविध स्मार्ट टेक्सटाईल प्रोटोटाइप लागू केले जात आहेत.(A) तीन AMF पासून बनविलेले विणलेले शीट.(B) दोन AMF चे द्विदिश विणलेले शीट.(C) AMF आणि ऍक्रेलिक धाग्यापासून बनवलेले एक दिशाहीन विणलेले शीट 500g भार सहन करू शकते, जे त्याच्या वजनाच्या (2.6g) 192 पट आहे.(डी) रेडियल कंस्ट्रेंट म्हणून एक AMF आणि सूती धाग्यासह त्रिज्यात्मक विस्तारित संरचना.तपशीलवार तपशील पद्धती विभागात आढळू शकतात.
जरी विणकामाचे झिगझॅग लूप वेगवेगळ्या दिशेने ताणले जाऊ शकतात, तरीही आमचा नमुना विणणे प्रवासाच्या दिशेने मर्यादांमुळे दबावाखाली मुख्यतः लूपच्या दिशेने विस्तारते.प्रत्येक एएमएफची लांबी विणलेल्या शीटच्या एकूण क्षेत्राच्या विस्तारास हातभार लावते.विशिष्‍ट आवश्‍यकतेनुसार, आम्‍ही तीन वेगवेगळ्या द्रव स्रोतांपासून (आकृती 2A) किंवा एकाच वेळी 1-ते-3 द्रव वितरकाद्वारे तीन AMFs स्वतंत्रपणे नियंत्रित करू शकतो.अंजीर वर.2A विणलेल्या प्रोटोटाइपचे उदाहरण दर्शविते, ज्याचे प्रारंभिक क्षेत्र तीन एएमपी (1.2 एमपीए) वर दबाव लागू करताना 35% ने वाढले.विशेष म्हणजे, AMF त्याच्या मूळ लांबीच्या किमान 250% जास्त वाढवते49 त्यामुळे विणलेली पत्रके सध्याच्या आवृत्त्यांपेक्षा जास्त पसरू शकतात.
आम्ही साध्या विणण्याचे तंत्र (आकृती 2B) वापरून दोन AMF पासून तयार केलेली द्विदिशात्मक विणणे पत्रके देखील तयार केली.AMF वार्प आणि वेफ्ट काटकोनात एकमेकांत गुंफलेले असतात, एक साधा क्रिस-क्रॉस पॅटर्न तयार करतात.आमचे प्रोटोटाइप विणणे संतुलित साधे विणणे म्हणून वर्गीकृत केले गेले कारण ताना आणि वेफ्ट यार्न दोन्ही एकाच धाग्याच्या आकारापासून बनवले गेले होते (तपशीलांसाठी पद्धती विभाग पहा).तीक्ष्ण पट तयार करू शकणार्‍या सामान्य धाग्यांच्या विपरीत, विणकाम पद्धतीच्या दुसर्‍या थ्रेडवर परत येताना लागू केलेल्या AMF ला विशिष्ट वाकणारी त्रिज्या आवश्यक असते.म्हणून, पारंपारिक विणलेल्या कापडाच्या तुलनेत एएमपीपासून बनवलेल्या विणलेल्या शीट्सची घनता कमी असते.AMF-प्रकार S (बाह्य व्यास 1.49 मिमी) ची किमान वाकणारी त्रिज्या 1.5 मिमी आहे.उदाहरणार्थ, आम्ही या लेखात सादर केलेला प्रोटोटाइप विणण्याचा 7×7 थ्रेड पॅटर्न आहे जेथे प्रत्येक छेदनबिंदू पातळ लवचिक कॉर्डच्या गाठीने स्थिर केला जातो.समान विणकाम तंत्र वापरून, आपण अधिक स्ट्रँड मिळवू शकता.
जेव्हा संबंधित एएमएफला द्रवपदार्थाचा दाब प्राप्त होतो, तेव्हा विणलेली शीट ताना किंवा वेफ्टच्या दिशेने त्याचे क्षेत्र विस्तृत करते.म्हणून, आम्ही दोन AMP वर लागू केलेल्या इनलेट प्रेशरचे प्रमाण स्वतंत्रपणे बदलून ब्रेडेड शीटचे परिमाण (लांबी आणि रुंदी) नियंत्रित केले.अंजीर वर.2B एक विणलेला प्रोटोटाइप दर्शवितो जो एका AMP (1.3 MPa) वर दबाव टाकताना त्याच्या मूळ क्षेत्राच्या 44% पर्यंत विस्तारला.दोन AMF वर एकाचवेळी दबाव आणल्याने, क्षेत्र 108% वाढले.
आम्ही एकाच AMF मधून एक दिशाहीन विणलेली शीट देखील तयार केली आहे ज्यामध्ये वेफ्ट (आकृती 2C) म्हणून ताना आणि ऍक्रेलिक यार्न आहेत.AMF ची मांडणी सात झिगझॅग पंक्तींमध्ये केली जाते आणि धागे AMF च्या या पंक्ती एकत्र विणतात ज्यामुळे फॅब्रिकची आयताकृती शीट तयार होते.हे विणलेले प्रोटोटाइप अंजीर 2B पेक्षा अधिक घन होते, मऊ ऍक्रेलिक धाग्यांमुळे धन्यवाद ज्याने संपूर्ण शीट सहजपणे भरले.कारण आम्ही फक्त एक AMF ताना म्हणून वापरतो, विणलेली शीट फक्त दबावाखाली तानाच्या दिशेने विस्तारू शकते.आकृती 2C विणलेल्या प्रोटोटाइपचे उदाहरण दर्शविते ज्याचे प्रारंभिक क्षेत्र वाढत्या दाबाने (1.3 MPa) 65% वाढते.याव्यतिरिक्त, हा वेणीचा तुकडा (2.6 ग्रॅम वजनाचा) 500 ग्रॅमचा भार उचलू शकतो, जे त्याच्या वस्तुमानाच्या 192 पट आहे.
आयताकृती विणलेली शीट तयार करण्यासाठी AMF ला झिगझॅग पॅटर्नमध्ये व्यवस्थित करण्याऐवजी, आम्ही AMF चा सपाट सर्पिल आकार तयार केला, जो नंतर एक गोल विणलेली शीट (आकृती 2D) तयार करण्यासाठी कापसाच्या धाग्याने त्रिज्याशी बांधला होता.AMF ची उच्च कडकपणा प्लेटच्या अगदी मध्यवर्ती प्रदेशात भरणे मर्यादित करते.तथापि, हे पॅडिंग लवचिक धाग्यांपासून किंवा लवचिक कापडांपासून बनविले जाऊ शकते.हायड्रॉलिक प्रेशर मिळाल्यावर, AMP त्याच्या रेखांशाचा विस्तार शीटच्या रेडियल विस्तारामध्ये रूपांतरित करतो.हे देखील लक्षात घेण्यासारखे आहे की सर्पिल आकाराचे बाह्य आणि आतील व्यास दोन्ही फिलामेंट्सच्या रेडियल मर्यादेमुळे वाढले आहेत.आकृती 2D दर्शविते की 1 MPa च्या लागू हायड्रॉलिक दाबाने, गोल शीटचा आकार त्याच्या मूळ क्षेत्राच्या 25% पर्यंत विस्तृत होतो.
आम्ही येथे स्मार्ट कापड बनवण्याचा दुसरा दृष्टीकोन सादर करतो जेथे आम्ही फॅब्रिकच्या एका सपाट तुकड्याला AMF चिकटवतो आणि त्यास निष्क्रिय वरून सक्रियपणे नियंत्रित संरचनेत पुन्हा कॉन्फिगर करतो.बेंडिंग ड्राइव्हचे डिझाइन आकृती अंजीर मध्ये दर्शविले आहे.3A, जेथे AMP मध्यभागी दुमडलेला असतो आणि चिकट म्हणून दुहेरी बाजू असलेला टेप वापरून अभेद्य फॅब्रिक (कॉटन मलमल फॅब्रिक) च्या पट्टीवर चिकटवलेला असतो.एकदा सीलबंद केल्यावर, AMF चा वरचा भाग वाढवण्यास मोकळा असतो, तर तळाशी टेप आणि फॅब्रिकद्वारे मर्यादित असते, ज्यामुळे पट्टी फॅब्रिकच्या दिशेने वाकते.आम्ही बेंड अ‍ॅक्ट्युएटरचा कोणताही भाग त्यावर फक्त टेपची पट्टी चिकटवून कुठेही निष्क्रिय करू शकतो.निष्क्रिय विभाग हलवू शकत नाही आणि निष्क्रिय विभाग बनतो.
पारंपारिक कापडांवर AMF चिकटवून फॅब्रिक्स पुन्हा कॉन्फिगर केले जातात.(A) फोल्डेड AMF ला अविभाज्य फॅब्रिकवर चिकटवून बनवलेल्या बेंडिंग ड्राइव्हसाठी डिझाइन संकल्पना.(ब) अॅक्ट्युएटर प्रोटोटाइपचे वाकणे.(C) आयताकृती कापडाचे सक्रिय चार पायांच्या रोबोटमध्ये पुनर्रचना.लवचिक फॅब्रिक: सूती जर्सी.स्ट्रेच फॅब्रिक: पॉलिस्टर.तपशीलवार तपशील पद्धती विभागात आढळू शकतात.
आम्ही वेगवेगळ्या लांबीचे अनेक प्रोटोटाइप बेंडिंग ऍक्च्युएटर बनवले आणि बेंडिंग मोशन (आकृती 3B) तयार करण्यासाठी हायड्रॉलिकसह त्यांच्यावर दबाव टाकला.महत्त्वाचे म्हणजे, AMF एका सरळ रेषेत मांडले जाऊ शकते किंवा एकाधिक धागे तयार करण्यासाठी दुमडले जाऊ शकते आणि नंतर योग्य संख्येच्या थ्रेडसह वाकणारा ड्राइव्ह तयार करण्यासाठी फॅब्रिकवर चिकटवले जाऊ शकते.आम्ही निष्क्रिय टिश्यू शीटला सक्रिय टेट्रापॉड स्ट्रक्चर (आकृती 3C) मध्ये देखील रूपांतरित केले, जिथे आम्ही आयताकृती अक्षता टिश्यू (कापूस मलमल फॅब्रिक) च्या सीमांना मार्ग देण्यासाठी AMF चा वापर केला.दुहेरी बाजूंनी टेपच्या तुकड्याने एएमपी फॅब्रिकला जोडलेले आहे.प्रत्येक काठाच्या मध्यभागी निष्क्रिय होण्यासाठी टेप केले जाते, तर चार कोपरे सक्रिय राहतात.स्ट्रेच फॅब्रिक टॉप कव्हर (पॉलिएस्टर) ऐच्छिक आहे.दाबल्यावर फॅब्रिकचे चार कोपरे वाकतात (पायासारखे दिसतात).
विकसित स्मार्ट कापडाच्या गुणधर्मांचा परिमाणात्मक अभ्यास करण्यासाठी आम्ही एक चाचणी खंडपीठ तयार केले आहे (पद्धती विभाग आणि पूरक आकृती S1 पहा).सर्व नमुने AMF चे बनलेले असल्याने, प्रायोगिक परिणामांची सामान्य प्रवृत्ती (Fig. 4) AMF च्या मुख्य वैशिष्ट्यांशी सुसंगत आहे, म्हणजे, इनलेट प्रेशर थेट आउटलेट विस्ताराच्या प्रमाणात आणि कॉम्प्रेशन फोर्सच्या व्यस्त प्रमाणात आहे.तथापि, या स्मार्ट फॅब्रिक्समध्ये विशिष्ट वैशिष्ट्ये आहेत जी त्यांची विशिष्ट संरचना प्रतिबिंबित करतात.
स्मार्ट टेक्सटाईल कॉन्फिगरेशनची वैशिष्ट्ये.(A, B) विणलेल्या शीटसाठी इनलेट प्रेशर आणि आउटलेट लांबपणा आणि बल यासाठी हिस्टेरेसिस वक्र.(सी) विणलेल्या शीटच्या क्षेत्राचा विस्तार.(D,E) निटवेअरसाठी इनपुट दाब आणि आउटपुट वाढवणे आणि बल यांच्यातील संबंध.(एफ) त्रिज्यात्मक विस्तारित संरचनांचे क्षेत्र विस्तार.(G) बेंडिंग ड्राइव्हच्या तीन वेगवेगळ्या लांबीचे झुकणारे कोन.
विणलेल्या शीटच्या प्रत्येक AMF वर अंदाजे 30% लांबपणा (Fig. 4A) निर्माण करण्यासाठी 1 MPa च्या इनलेट प्रेशरच्या अधीन होते.आम्ही अनेक कारणांसाठी संपूर्ण प्रयोगासाठी हा थ्रेशोल्ड निवडला: (1) त्यांच्या हिस्टेरेसिस वक्रांवर जोर देण्यासाठी लक्षणीय वाढ (अंदाजे 30%) तयार करण्यासाठी, (2) वेगवेगळ्या प्रयोगांपासून सायकल चालवण्यापासून रोखण्यासाठी आणि अपघाती नुकसान किंवा अपयशामुळे पुन्हा वापरता येण्याजोगे प्रोटोटाइप..उच्च द्रव दाबाखाली.मृत क्षेत्र स्पष्टपणे दृश्यमान आहे, आणि इनलेट दाब 0.3 एमपीए पर्यंत पोहोचेपर्यंत वेणी गतिहीन राहते.प्रेशर लोन्गेशन हिस्टेरेसिस प्लॉट पंपिंग आणि रिलीझिंग टप्प्यांमधील मोठे अंतर दर्शविते, जे दर्शविते की जेव्हा विणलेल्या शीटने त्याची गती विस्तारापासून आकुंचनपर्यंत बदलते तेव्हा ऊर्जा कमी होते.(Fig. 4A).1 MPa चा इनलेट प्रेशर प्राप्त केल्यानंतर, विणलेल्या शीटला 5.6 N (Fig. 4B) ची आकुंचन शक्ती लागू शकते.प्रेशर-फोर्स हिस्टेरेसिस प्लॉट हे देखील दर्शविते की रीसेट वक्र दाब बिल्ड-अप वक्रसह जवळजवळ ओव्हरलॅप होते.3D पृष्ठभाग प्लॉट (आकृती 4C) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, विणलेल्या शीटचा क्षेत्र विस्तार प्रत्येक दोन AMF वर लागू केलेल्या दबावाच्या प्रमाणात अवलंबून असतो.प्रयोगांवरून असेही दिसून आले आहे की विणलेली शीट 66% क्षेत्रफळ वाढवू शकते जेव्हा तिचे ताना आणि वेफ्ट AMF एकाच वेळी 1 MPa च्या हायड्रॉलिक दाबाच्या अधीन असतात.
विणलेल्या शीटसाठी प्रायोगिक परिणाम विणलेल्या शीट प्रमाणेच नमुना दर्शवतात, ज्यामध्ये ताण-दाब आकृती आणि ओव्हरलॅपिंग प्रेशर-फोर्स वक्रांमध्ये विस्तीर्ण हिस्टेरेसिस अंतर समाविष्ट आहे.विणलेल्या शीटने 30% वाढ दर्शविली, त्यानंतर 1 MPa (Fig. 4D, E) च्या इनलेट प्रेशरवर कॉम्प्रेशन फोर्स 9 एन होते.
गोल विणलेल्या शीटच्या बाबतीत, 1 MPa (Fig. 4F) च्या द्रव दाबाच्या संपर्कात आल्यानंतर प्रारंभिक क्षेत्राच्या तुलनेत त्याचे प्रारंभिक क्षेत्र 25% ने वाढले.नमुना विस्तृत होण्याआधी, 0.7 MPa पर्यंत एक मोठा इनलेट प्रेशर डेड झोन आहे.हा मोठा डेड झोन अपेक्षित होता कारण नमुने मोठ्या AMF पासून बनवले गेले होते ज्यांना त्यांच्या सुरुवातीच्या तणावावर मात करण्यासाठी जास्त दबाव आवश्यक होता.अंजीर वर.4F हे देखील दर्शविते की रिलीझ वक्र दबाव वाढीच्या वक्रशी जवळजवळ एकरूप होतो, जे डिस्कची हालचाल स्विच केल्यावर थोडीशी ऊर्जा कमी दर्शवते.
तीन बेंडिंग अॅक्ट्युएटर्स (टिश्यू रीकॉन्फिगरेशन) साठी प्रायोगिक परिणाम दर्शवितात की त्यांच्या हिस्टेरेसिस वक्रांमध्ये समान नमुना (आकृती 4G) आहे, जेथे त्यांना उचलण्यापूर्वी 0.2 MPa पर्यंत इनलेट प्रेशर डेड झोनचा अनुभव येतो.आम्ही तीन बेंडिंग ड्राईव्ह (L20, L30 आणि L50 mm) वर समान प्रमाणात द्रव (0.035 मिली) लागू केले.तथापि, प्रत्येक अ‍ॅक्ट्युएटरने भिन्न दाब शिखरे अनुभवली आणि भिन्न झुकणारे कोन विकसित केले.L20 आणि L30 mm अॅक्ट्युएटर्सना 0.72 आणि 0.67 MPa चा इनलेट प्रेशर आला, जे अनुक्रमे 167° आणि 194° च्या वाकलेल्या कोनापर्यंत पोहोचले.सर्वात लांब बेंडिंग ड्राइव्ह (लांबी 50 मिमी) 0.61 MPa चा दाब सहन करते आणि 236° च्या कमाल झुकणारा कोन गाठली.प्रेशर अँगल हिस्टेरेसिस प्लॉट्सने तीनही बेंडिंग ड्राइव्हसाठी प्रेशरायझेशन आणि रिलीझ वक्र यांच्यातील तुलनेने मोठे अंतर देखील प्रकट केले.
वरील स्मार्ट टेक्सटाइल कॉन्फिगरेशनसाठी इनपुट व्हॉल्यूम आणि आउटपुट गुणधर्म (लंबन, बल, क्षेत्र विस्तार, वाकणे कोन) यांच्यातील संबंध पूरक आकृती S2 मध्ये आढळू शकतात.
मागील विभागातील प्रायोगिक परिणाम स्पष्टपणे लागू केलेले इनलेट प्रेशर आणि AMF नमुन्यांचे आउटलेट विस्तार यांच्यातील आनुपातिक संबंध प्रदर्शित करतात.AMB जितका मजबूत असेल तितका तो वाढतो आणि अधिक लवचिक ऊर्जा जमा होते.म्हणून, ते जितके जास्त दाबते तितके जास्त.इनलेट प्रेशर पूर्णपणे काढून टाकल्यावर नमुने त्यांच्या कमाल कम्प्रेशन फोर्सपर्यंत पोहोचल्याचेही परिणामांनी दाखवले.विश्लेषणात्मक मॉडेलिंग आणि प्रायोगिक पडताळणीद्वारे विणलेल्या आणि विणलेल्या शीट्सची वाढ आणि कमाल संकोचन शक्ती यांच्यात थेट संबंध प्रस्थापित करण्याचा या विभागाचा उद्देश आहे.
एका AMF चे जास्तीत जास्त कॉन्ट्रॅक्टाइल फोर्स (इनलेट प्रेशर P = 0 वर) रेफ 49 मध्ये दिले गेले आणि पुढीलप्रमाणे पुन्हा सादर केले गेले:
त्यापैकी, α, E, आणि A0 हे अनुक्रमे स्ट्रेचिंग फॅक्टर, यंगचे मॉड्यूलस आणि सिलिकॉन ट्यूबचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहेत;k हा सर्पिल कॉइलचा कडकपणा गुणांक आहे;x आणि li ऑफसेट आणि प्रारंभिक लांबी आहेत.AMP, अनुक्रमे.
योग्य समीकरण.(1) उदाहरण म्हणून विणलेली आणि विणलेली पत्रके घ्या (चित्र 5A, B).विणलेले उत्पादन Fkv आणि विणलेले उत्पादन Fwh चे संकोचन बल अनुक्रमे (2) आणि (3) समीकरणाद्वारे व्यक्त केले जातात.
जेथे mk ही लूपची संख्या आहे, φp हा इंजेक्शन दरम्यान विणलेल्या फॅब्रिकचा लूप कोन आहे (Fig. 5A), mh हा थ्रेड्सची संख्या आहे, θhp हा इंजेक्शन दरम्यान विणलेल्या फॅब्रिकचा संलग्न कोन आहे (Fig. 5B), εkv εwh हे विणलेले शीट आणि विणलेल्या शीटचे विकृत रूप आहे, F0 हा सर्पिल कॉइलचा प्रारंभिक ताण आहे.समीकरणाची तपशीलवार व्युत्पत्ती.(2) आणि (3) सहाय्यक माहितीमध्ये आढळू शकते.
विस्तार-शक्ती संबंधासाठी एक विश्लेषणात्मक मॉडेल तयार करा.(A,B) विणलेल्या आणि विणलेल्या शीटसाठी अनुक्रमे विश्लेषणात्मक मॉडेल चित्रे.(C,D) विश्लेषणात्मक मॉडेल्सची तुलना आणि विणलेल्या आणि विणलेल्या शीट्ससाठी प्रायोगिक डेटा.RMSE रूट म्हणजे स्क्वेअर एरर.
विकसित मॉडेलची चाचणी घेण्यासाठी, आम्ही अंजीर 2A मधील विणलेले नमुने आणि आकृती 2B मधील वेणीचे नमुने वापरून वाढवण्याचे प्रयोग केले.प्रत्येक लॉक केलेल्या विस्तारासाठी 0% ते 50% पर्यंत आकुंचन शक्ती 5% वाढीमध्ये मोजली गेली.पाच चाचण्यांचे सरासरी आणि मानक विचलन आकृती 5C (निट) आणि आकृती 5D (विणणे) मध्ये सादर केले आहे.विश्लेषणात्मक मॉडेलचे वक्र समीकरणांद्वारे वर्णन केले जातात.पॅरामीटर्स (2) आणि (3) टेबलमध्ये दिले आहेत.1. परिणाम दर्शवितात की विश्लेषणात्मक मॉडेल संपूर्ण वाढीच्या श्रेणीतील प्रायोगिक डेटाशी चांगल्या प्रकारे सहमत आहे ज्यामध्ये निटवेअरसाठी 0.34 N च्या रूट मीन स्क्वेअर एरर (RMSE), विणलेल्या AMF H साठी 0.21 N (क्षैतिज दिशा) आणि 0.17 N आहे. विणलेल्या AMF साठी.व्ही (उभ्या दिशा).
मूलभूत हालचालींव्यतिरिक्त, प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइल अधिक जटिल हालचाली जसे की एस-बेंड, रेडियल आकुंचन आणि 2D ते 3D विकृती प्रदान करण्यासाठी यांत्रिकरित्या प्रोग्राम केले जाऊ शकतात.फ्लॅट स्मार्ट टेक्सटाइलला इच्छित स्ट्रक्चर्समध्ये प्रोग्रामिंग करण्यासाठी आम्ही येथे अनेक पद्धती सादर करतो.
रेखीय दिशेने डोमेनचा विस्तार करण्याव्यतिरिक्त, युनिडायरेक्शनल विणलेल्या शीट्स मल्टीमोडल हालचाली (चित्र 6A) तयार करण्यासाठी यांत्रिकरित्या प्रोग्राम केल्या जाऊ शकतात.आम्ही ब्रेडेड शीटच्या विस्ताराला झुकण्याची गती म्हणून पुन्हा कॉन्फिगर करतो, त्याचा एक चेहरा (वर किंवा खाली) शिवणकामाच्या धाग्याने रोखतो.शीट्स दबावाखाली बाउंडिंग पृष्ठभागाच्या दिशेने वाकतात.अंजीर वर.6A विणलेल्या पॅनल्सची दोन उदाहरणे दाखवते जे S-आकाराचे बनतात जेव्हा एक अर्धा वरच्या बाजूला क्रॅम्प होतो आणि दुसरा अर्धा खालच्या बाजूला क्रॅम्प होतो.वैकल्पिकरित्या, तुम्ही गोलाकार वाकण्याची गती तयार करू शकता जिथे फक्त संपूर्ण चेहरा मर्यादित असेल.युनिडायरेक्शनल ब्रेडेड शीटची दोन टोके ट्युब्युलर स्ट्रक्चरमध्ये जोडून कॉम्प्रेशन स्लीव्ह बनवता येतात (चित्र 6B).स्लीव्ह एखाद्या व्यक्तीच्या तर्जनीवर कंप्रेशन प्रदान करण्यासाठी घातली जाते, वेदना कमी करण्यासाठी किंवा रक्ताभिसरण सुधारण्यासाठी मसाज थेरपीचा एक प्रकार.हात, नितंब आणि पाय यांसारख्या शरीराच्या इतर भागांना बसवण्यासाठी ते मोजले जाऊ शकते.
एका दिशेने पत्रके विणण्याची क्षमता.(अ) सिलाई धाग्यांच्या आकाराच्या प्रोग्रामेबिलिटीमुळे विकृत संरचना तयार करणे.(ब) फिंगर कॉम्प्रेशन स्लीव्ह.(सी) ब्रेडेड शीटची दुसरी आवृत्ती आणि त्याची अंमलबजावणी फॉरआर्म कॉम्प्रेशन स्लीव्ह म्हणून.(D) AMF प्रकार M, ऍक्रेलिक यार्न आणि वेल्क्रो पट्ट्यांपासून बनवलेला आणखी एक कॉम्प्रेशन स्लीव्ह प्रोटोटाइप.तपशीलवार तपशील पद्धती विभागात आढळू शकतात.
आकृती 6C एकाच AMF आणि सूती धाग्यापासून बनवलेल्या दिशाहीन विणलेल्या शीटचे आणखी एक उदाहरण दाखवते.शीट क्षेत्रफळात 45% वाढू शकते (1.2 MPa वर) किंवा दाबाखाली गोलाकार हालचाल होऊ शकते.आम्ही शीटच्या शेवटी चुंबकीय पट्ट्या जोडून फॉरआर्म कॉम्प्रेशन स्लीव्ह तयार करण्यासाठी एक शीट देखील समाविष्ट केली आहे.आणखी एक प्रोटोटाइप फोअरआर्म कॉम्प्रेशन स्लीव्ह अंजीर 6D मध्ये दर्शविले आहे, ज्यामध्ये एकदिशात्मक ब्रेडेड शीट्स टाइप M AMF (पद्धती पहा) आणि अॅक्रेलिक यार्नपासून मजबूत कॉम्प्रेशन फोर्स तयार करण्यासाठी तयार केल्या होत्या.आम्ही शीटच्या टोकांना वेल्क्रो पट्ट्यांसह सुसज्ज केले आहे जेणेकरुन सुलभ जोडणीसाठी आणि वेगवेगळ्या हातांच्या आकारासाठी.
रेस्ट्रेंट तंत्र, जे रेखीय विस्ताराला वाकण्याच्या गतीमध्ये रूपांतरित करते, द्विदिश विणलेल्या शीट्सवर देखील लागू आहे.आम्ही कापसाचे धागे ताना आणि विणलेल्या विणलेल्या शीट्सच्या एका बाजूला विणतो जेणेकरून ते विस्तृत होणार नाहीत (चित्र 7A).अशाप्रकारे, जेव्हा दोन AMFs एकमेकांपासून स्वतंत्रपणे हायड्रॉलिक दाब प्राप्त करतात, तेव्हा शीट द्वि-दिशात्मक वाकलेली गती घेते आणि अनियंत्रित त्रि-आयामी संरचना तयार करते.दुस-या पध्दतीमध्ये, द्विदिश विणलेल्या शीट्सची एक दिशा मर्यादित करण्यासाठी आम्ही अभेद्य धाग्यांचा वापर करतो (आकृती 7B).अशाप्रकारे, जेव्हा संबंधित एएमएफ दबावाखाली असतो तेव्हा शीट स्वतंत्र वाकणे आणि स्ट्रेचिंग हालचाली करू शकते.अंजीर वर.7B एक उदाहरण दर्शविते ज्यामध्ये द्विदिश वेणीची शीट मानवी बोटाच्या दोन तृतीयांश भागाला वाकण्याच्या हालचालीने गुंडाळण्यासाठी नियंत्रित केली जाते आणि नंतर स्ट्रेचिंग मोशनने उर्वरित भाग झाकण्यासाठी त्याची लांबी वाढवते.शीट्सची दुतर्फा हालचाल फॅशन डिझाइन किंवा स्मार्ट कपड्यांच्या विकासासाठी उपयुक्त ठरू शकते.
द्वि-दिशात्मक विणलेली शीट, विणलेली शीट आणि रेडियली विस्तारित डिझाइन क्षमता.(A) द्वि-दिशात्मक बंधित द्वि-दिशात्मक विकर पॅनेल द्वि-दिशात्मक बेंड तयार करण्यासाठी.(ब) एकदिशात्मकरित्या प्रतिबंधित द्विदिशात्मक विकर पॅनेल फ्लेक्स आणि वाढवतात.(C) उच्च लवचिक विणलेली शीट, जी वेगवेगळ्या पृष्ठभागाच्या वक्रतेला अनुरूप असू शकते आणि अगदी नळीच्या आकाराची रचना देखील बनवू शकते.(डी) त्रिज्या विस्तारत असलेल्या संरचनेच्या मध्य रेषेचे परिसीमन हायपरबोलिक पॅराबोलिक आकार (बटाटा चिप्स) बनवते.
आम्ही विणलेल्या भागाच्या वरच्या आणि खालच्या ओळींच्या दोन समीप लूप शिवणकामाच्या धाग्याने जोडल्या जेणेकरून ते उलगडणार नाही (चित्र 7C).अशाप्रकारे, विणलेली शीट पूर्णपणे लवचिक असते आणि मानवी हात आणि बाहूंच्या त्वचेच्या पृष्ठभागासारख्या पृष्ठभागाच्या विविध वक्रांशी उत्तम प्रकारे जुळवून घेते.आम्ही प्रवासाच्या दिशेने विणलेल्या भागाच्या टोकांना जोडून एक ट्यूबलर रचना (स्लीव्ह) देखील तयार केली.स्लीव्ह व्यक्तीच्या तर्जनीभोवती चांगले गुंडाळते (चित्र 7C).विणलेल्या फॅब्रिकची सिन्युओसिटी उत्कृष्ट तंदुरुस्त आणि विकृतपणा प्रदान करते, ज्यामुळे स्मार्ट पोशाख (हातमोजे, कॉम्प्रेशन स्लीव्हज) मध्ये वापरणे सोपे होते, आराम (फिटद्वारे) आणि उपचारात्मक प्रभाव (कंप्रेशनद्वारे).
एकाधिक दिशानिर्देशांमध्ये 2D रेडियल विस्ताराव्यतिरिक्त, वर्तुळाकार विणलेल्या पत्रके देखील 3D संरचना तयार करण्यासाठी प्रोग्राम केली जाऊ शकतात.आम्ही गोल वेणीची मध्य रेषा अॅक्रेलिक धाग्याने मर्यादित केली आहे ज्यामुळे त्याच्या एकसमान रेडियल विस्तारात व्यत्यय येतो.परिणामी, गोलाकार विणलेल्या शीटचा मूळ सपाट आकार दाबानंतर हायपरबोलिक पॅराबॉलिक आकारात (किंवा बटाटा चिप्स) रूपांतरित झाला (Fig. 7D).ही आकार बदलण्याची क्षमता लिफ्ट यंत्रणा, ऑप्टिकल लेन्स, मोबाइल रोबोट पाय किंवा फॅशन डिझाइन आणि बायोनिक रोबोटमध्ये उपयुक्त असू शकते.
आम्ही नॉन-स्ट्रेच फॅब्रिकच्या पट्टीवर AMF चिकटवून फ्लेक्सरल ड्राइव्ह तयार करण्यासाठी एक साधे तंत्र विकसित केले आहे (आकृती 3).आम्ही ही संकल्पना आकार प्रोग्राम करण्यायोग्य थ्रेड तयार करण्यासाठी वापरतो जिथे आम्ही इच्छित आकार तयार करण्यासाठी एका AMF मध्ये अनेक सक्रिय आणि निष्क्रिय विभाग धोरणात्मकरित्या वितरित करू शकतो.आम्ही चार सक्रिय फिलामेंट तयार केले आणि प्रोग्राम केले जे त्यांचा आकार सरळ ते अक्षर (UNSW) मध्ये बदलू शकतात कारण दाब वाढला होता (पूरक अंजीर. S4).ही सोपी पद्धत AMF च्या विकृततेला 1D रेषा 2D आकारात आणि शक्यतो 3D स्ट्रक्चर्समध्ये बदलू देते.
तत्सम दृष्टिकोनात, आम्ही निष्क्रिय सामान्य ऊतकांचा एक भाग सक्रिय टेट्रापॉड (चित्र 8A) मध्ये पुन्हा कॉन्फिगर करण्यासाठी एकल AMF वापरला.राउटिंग आणि प्रोग्रामिंग संकल्पना आकृती 3C मध्ये दर्शविल्याप्रमाणेच आहेत.तथापि, आयताकृती पत्र्यांऐवजी, त्यांनी चतुष्पाद नमुना (कासव, सूती मलमल) असलेले कापड वापरण्यास सुरुवात केली.त्यामुळे, पाय लांब आहेत आणि रचना जास्त वाढवता येते.संरचनेची उंची हळूहळू दबावाखाली वाढते जोपर्यंत तिचे पाय जमिनीला लंब असतात.इनलेट प्रेशर सतत वाढत राहिल्यास, पाय आतील बाजूस वळतील, संरचनेची उंची कमी होईल.टेट्रापॉड त्यांचे पाय दिशाहीन पॅटर्नने सुसज्ज असल्यास किंवा मोशन मॅनिप्युलेशन रणनीतीसह एकाधिक एएमएफ वापरल्यास ते लोकोमोशन करू शकतात.विविध कामांसाठी सॉफ्ट लोकोमोशन रोबोट्स आवश्यक आहेत, ज्यात जंगलातील आग, कोसळलेल्या इमारती किंवा धोकादायक वातावरणातून बचाव आणि वैद्यकीय औषध वितरण रोबोट्स यांचा समावेश आहे.
आकार बदलणारी संरचना तयार करण्यासाठी फॅब्रिकची पुनर्रचना केली जाते.(A) निष्क्रीय फॅब्रिक शीटच्या सीमेवर AMF ला चिकटवा, त्यास चार पायांच्या संरचनेत बदला.(BD) ऊतींच्या पुनर्रचनाची आणखी दोन उदाहरणे, निष्क्रिय फुलपाखरे आणि फुलांना सक्रिय बनवणे.नॉन-स्ट्रेच फॅब्रिक: साधा कॉटन मलमल.
रीशेपिंगसाठी दोन अतिरिक्त बायोइन्स्पायर्ड स्ट्रक्चर्स (आकडे 8B-D) सादर करून आम्ही या ऊतक पुनर्रचना तंत्राच्या साधेपणा आणि बहुमुखीपणाचा फायदा देखील घेतो.राउटेबल AMF सह, या फॉर्म-डिफॉर्मेबल स्ट्रक्चर्स पॅसिव्ह टिश्यूच्या शीटपासून सक्रिय आणि स्टीयरबल स्ट्रक्चर्समध्ये पुन्हा कॉन्फिगर केल्या जातात.मोनार्क बटरफ्लायपासून प्रेरित होऊन, आम्ही फुलपाखराच्या आकाराच्या फॅब्रिकचा तुकडा (कापूस मलमल) आणि त्याच्या पंखाखाली अडकलेला AMF चा एक लांब तुकडा वापरून फुलपाखराची बदलणारी रचना केली.जेव्हा AMF दबावाखाली असतो तेव्हा पंख दुमडतात.मोनार्क बटरफ्लाय प्रमाणे, बटरफ्लाय रोबोटचे डावे आणि उजवे पंख सारखेच फडफडतात कारण ते दोन्ही AMF द्वारे नियंत्रित आहेत.बटरफ्लाय फ्लॅप केवळ प्रदर्शनाच्या उद्देशाने आहेत.हे स्मार्ट बर्ड (फेस्टो कॉर्प., यूएसए) सारखे उडू शकत नाही.आम्ही एक फॅब्रिक फ्लॉवर (आकृती 8D) देखील बनवले आहे ज्यामध्ये प्रत्येकी पाच पाकळ्यांचे दोन स्तर आहेत.आम्ही पाकळ्याच्या बाह्य किनार्यानंतर प्रत्येक लेयरच्या खाली AMF ठेवले.सुरुवातीला फुलं फुललेली असतात, सर्व पाकळ्या पूर्णपणे उघडलेल्या असतात.दबावाखाली, AMF मुळे पाकळ्यांची वाकलेली हालचाल होते, ज्यामुळे ते बंद होतात.दोन एएमएफ स्वतंत्रपणे दोन थरांच्या हालचालींवर नियंत्रण ठेवतात, तर एका लेयरच्या पाच पाकळ्या एकाच वेळी वाकतात.