Խելացի տեքստիլներ, որոնք օգտագործում են հեղուկի վրա հիմնված արհեստական ​​մկանային մանրաթելեր

Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Տեքստիլների և արհեստական ​​մկանների համադրումը խելացի տեքստիլ ստեղծելու համար մեծ ուշադրություն է գրավում ինչպես գիտական, այնպես էլ արդյունաբերական համայնքների կողմից:Խելացի տեքստիլներն առաջարկում են բազմաթիվ առավելություններ, ներառյալ հարմարվողական հարմարավետությունը և առարկաներին համապատասխանության բարձր աստիճանը, միաժամանակ ապահովելով ակտիվ շարժում ցանկալի շարժման և ուժի համար:Այս հոդվածը ներկայացնում է ծրագրավորվող խելացի գործվածքների նոր դաս, որոնք պատրաստված են հյուսելու, հյուսելու և հեղուկի վրա հիմնված արհեստական ​​մկանային մանրաթելերի տարբեր մեթոդներով:Մշակվել է մաթեմատիկական մոդել, որը նկարագրում է տրիկոտաժե և հյուսված տեքստիլ թերթերի երկարացման ուժի հարաբերակցությունը, այնուհետև դրա վավերականությունը փորձարկվել է:Նոր «խելացի» տեքստիլն առանձնանում է բարձր ճկունությամբ, համապատասխանությամբ և մեխանիկական ծրագրավորումով, ինչը հնարավորություն է տալիս բազմամոդալ շարժման և դեֆորմացման հնարավորություններ կիրառելու ավելի լայն շրջանակի համար:Փորձնական ստուգման միջոցով ստեղծվել են խելացի տեքստիլի տարբեր նախատիպեր, ներառյալ ձևի փոփոխման տարբեր դեպքեր, ինչպիսիք են երկարացումը (մինչև 65%), տարածքի ընդլայնումը (108%), ճառագայթային ընդլայնումը (25%) և ճկման շարժումը:Հետազոտվում է նաև պասիվ ավանդական հյուսվածքների վերակազմակերպման հայեցակարգը կենսաիմիմետիկ ձևավորող կառույցների ակտիվ կառուցվածքների մեջ:Ակնկալվում է, որ առաջարկվող խելացի տեքստիլները կհեշտացնեն խելացի կրելի սարքերի, հապտիկ համակարգերի, բիոմիմետիկ փափուկ ռոբոտների և կրելի էլեկտրոնիկայի զարգացումը:
Կոշտ ռոբոտներն արդյունավետ են, երբ աշխատում են կառուցվածքային միջավայրերում, սակայն խնդիրներ ունեն փոփոխվող միջավայրի անհայտ համատեքստի հետ, ինչը սահմանափակում է դրանց օգտագործումը որոնման կամ հետախուզման մեջ:Բնությունը շարունակում է զարմացնել մեզ արտաքին գործոնների և բազմազանության դեմ պայքարելու բազմաթիվ հնարամիտ ռազմավարություններով:Օրինակ՝ մագլցող բույսերի ճյուղերը կատարում են մուլտիմոդալ շարժումներ, ինչպիսիք են ճկումը և պարուրաձևը, որպեսզի ուսումնասիրեն անհայտ միջավայրը՝ հարմար հենարան փնտրելու համար1:Վեներայի ճանճաթուղթը (Dionaea muscipula) ունի զգայուն մազեր իր տերևների վրա, որոնք, երբ գործարկվում են, ճկվում են՝ որսալու համար2:Վերջին տարիներին մարմինների դեֆորմացիան կամ դեֆորմացիան երկչափ (2D) մակերևույթներից մինչև կենսաբանական կառուցվածքները նմանակող եռաչափ (3D) ձևեր դարձել է հետազոտության հետաքրքիր թեմա3,4:Այս փափուկ ռոբոտային կոնֆիգուրացիաները փոխում են ձևը՝ հարմարվելու փոփոխվող միջավայրերին, հնարավորություն են տալիս բազմամոդալ տեղաշարժը և ուժեր կիրառում մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար:Նրանց հասանելիությունը տարածվել է ռոբոտաշինության կիրառությունների լայն շրջանակի վրա, այդ թվում՝ տեղակայվող5, վերակազմավորվող և ինքնածալվող ռոբոտներ6,7, կենսաբժշկական սարքեր8, տրանսպորտային միջոցներ9,10 և ընդարձակվող էլեկտրոնիկա11:
Բազմաթիվ հետազոտություններ են արվել ծրագրավորվող հարթ թիթեղներ մշակելու համար, որոնք ակտիվանալիս վերածվում են բարդ եռաչափ կառուցվածքների3:Դեֆորմացվող կառուցվածքների ստեղծման պարզ գաղափարն է միավորել տարբեր նյութերի շերտերը, որոնք ճկվում և կնճռվում են, երբ ենթարկվում են գրգռիչների12,13:Ջանբազը և այլք։14 և Li et al.15-ն իրականացրել են այս հայեցակարգը՝ ստեղծելու ջերմազգայուն մուլտիմոդալ դեֆորմացվող ռոբոտներ:Օրիգամիի վրա հիմնված կառուցվածքները, որոնք ներառում են գրգռիչին արձագանքող տարրեր, օգտագործվել են բարդ եռաչափ կառուցվածքներ ստեղծելու համար16,17,18:Ոգեշնչված կենսաբանական կառուցվածքների մորֆոգենեզով՝ Էմմանուելը և այլք.Ձևափոխվող էլաստոմերները ստեղծվում են ռետինե մակերևույթի մեջ օդային ալիքներ կազմակերպելու միջոցով, որոնք ճնշման տակ վերածվում են բարդ, կամայական եռաչափ ձևերի:
Գործվածքների կամ գործվածքների ինտեգրումը դեֆորմացվող փափուկ ռոբոտների մեջ ևս մեկ նոր հայեցակարգային նախագիծ է, որը լայն հետաքրքրություն է առաջացրել:Տեքստիլները փափուկ և առաձգական նյութեր են, որոնք պատրաստված են մանվածքից՝ հյուսելու մեթոդներով, ինչպիսիք են տրիկոտաժը, հյուսելը, հյուսելը կամ հանգույցը հյուսելը:Գործվածքների զարմանալի հատկությունները, ներառյալ ճկունությունը, հարմարեցումը, առաձգականությունը և շնչառությունը, դրանք դարձնում են շատ տարածված ամեն ինչում՝ հագուստից մինչև բժշկական կիրառություններ20:Ռոբոտաշինության մեջ տեքստիլը ներառելու երեք լայն մոտեցում կա21:Առաջին մոտեցումը տեքստիլի օգտագործումն է որպես պասիվ հիմք կամ հիմք այլ բաղադրիչների համար:Այս դեպքում պասիվ տեքստիլները հարմարավետ տեղավորվում են օգտագործողի համար կոշտ բաղադրիչներ (շարժիչներ, սենսորներ, էլեկտրամատակարարում) կրելիս:Փափուկ կրելի ռոբոտների կամ փափուկ էկզոկմախքների մեծ մասը պատկանում է այս մոտեցմանը:Օրինակ՝ փափուկ կրելի էկզոկմախքներ՝ քայլելու համար նախատեսված միջոցների համար 22 և արմունկների համար նախատեսված միջոցներ 23, 24, 25, փափուկ կրելի ձեռնոցներ 26՝ ձեռքի և մատների օգնության համար, և բիոնիկ փափուկ ռոբոտներ 27:
Երկրորդ մոտեցումը տեքստիլը որպես փափուկ ռոբոտային սարքերի պասիվ և սահմանափակ բաղադրիչներ օգտագործելն է:Տեքստիլային հիմքով շարժիչներն ընկնում են այս կատեգորիայի մեջ, որտեղ գործվածքը սովորաբար կառուցվում է որպես արտաքին կոնտեյներ՝ ներքին գուլպանը կամ խցիկը պարունակելու համար՝ ձևավորելով փափուկ մանրաթելերով ամրացված շարժիչ:Երբ ենթարկվում են արտաքին օդաճնշական կամ հիդրավլիկ աղբյուրի, այս փափուկ շարժիչները ենթարկվում են ձևի փոփոխությունների, ներառյալ երկարացում, ճկում կամ ոլորում՝ կախված իրենց սկզբնական կազմից և կազմաձևից:Օրինակ, Talman et al.Ներդրվել է օրթոպեդիկ կոճային հագուստ, որը բաղկացած է մի շարք գործվածքային գրպաններից, որպեսզի հեշտացնի ոտքի ճկումը` քայլվածքը վերականգնելու համար28:Տարբեր առաձգականությամբ տեքստիլի շերտերը կարող են համակցվել՝ ստեղծելով անիզոտրոպ շարժում 29:OmniSkins – փափուկ ռոբոտային երեսվածքները, որոնք պատրաստված են մի շարք փափուկ շարժիչներից և ենթաշերտի նյութերից, կարող են պասիվ առարկաները վերածել բազմաֆունկցիոնալ ակտիվ ռոբոտների, որոնք կարող են կատարել բազմամոդալ շարժումներ և դեֆորմացիաներ տարբեր կիրառությունների համար:Zhu et al.մշակել են հեղուկ հյուսվածքի մկանային թաղանթ31, որը կարող է առաջացնել երկարացում, կռում և տարբեր դեֆորմացիոն շարժումներ:Buckner et al.Ինտեգրեք ֆունկցիոնալ մանրաթելերը սովորական հյուսվածքների մեջ՝ ստեղծելու ռոբոտային հյուսվածքներ բազմաթիվ գործառույթներով, ինչպիսիք են ակտիվացումը, զգայությունը և փոփոխական կոշտությունը32:Այս կատեգորիայի այլ մեթոդներ կարելի է գտնել այս թղթերում 21, 33, 34, 35:
Փափուկ ռոբոտաշինության ոլորտում տեքստիլի գերազանց հատկություններն օգտագործելու վերջին մոտեցումը ռեակտիվ կամ գրգռիչ արձագանքող թելերի օգտագործումն է՝ խելացի տեքստիլ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով տեքստիլի արտադրության ավանդական մեթոդները, ինչպիսիք են հյուսելը, տրիկոտաժը և հյուսելը21,36,37:Կախված նյութի բաղադրությունից՝ ռեակտիվ մանվածքն առաջացնում է ձևի փոփոխություն, երբ ենթարկվում է էլեկտրական, ջերմային կամ ճնշման ազդեցության, ինչը հանգեցնում է գործվածքի դեֆորմացմանը։Այս մոտեցման դեպքում, որտեղ ավանդական տեքստիլները ինտեգրվում են փափուկ ռոբոտային համակարգում, տեքստիլի ձևափոխումը տեղի է ունենում ներքին շերտի (մանվածքի) վրա, այլ ոչ թե արտաքին շերտի:Որպես այդպիսին, խելացի տեքստիլներն առաջարկում են գերազանց կառավարում մուլտիմոդալ շարժման, ծրագրավորվող դեֆորմացիայի, առաձգականության և կոշտությունը կարգավորելու ունակության առումով:Օրինակ, ձևի հիշողության համաձուլվածքները (SMAs) և ձևի հիշողության պոլիմերները (SMPs) կարող են ներառվել գործվածքների մեջ, որպեսզի ակտիվորեն վերահսկեն իրենց ձևը ջերմային խթանման միջոցով, ինչպիսիք են հեմինգը38, կնճիռների հեռացումը36,39, շոշափելի և շոշափելի հետադարձ կապը40,41, ինչպես նաև հարմարվողական: կրելի հագուստ.սարքեր 42.Այնուամենայնիվ, ջեռուցման և հովացման համար ջերմային էներգիայի օգտագործումը հանգեցնում է դանդաղ արձագանքման և դժվար հովացման և վերահսկման:Բոլորովին վերջերս, Hiramitsu et al.McKibben-ի նուրբ մկանները43,44՝ օդաճնշական արհեստական ​​մկանները, օգտագործվում են որպես ծուռ մանվածք՝ հյուսվածքի կառուցվածքը փոխելով ակտիվ գործվածքների տարբեր ձևեր ստեղծելու համար45:Չնայած այս մոտեցումը ապահովում է բարձր ուժեր, սակայն McKibben մկանների բնույթի պատճառով դրա ընդլայնման արագությունը սահմանափակ է (< 50%), և փոքր չափը հնարավոր չէ հասնել (տրամագիծը < 0,9 մմ):Բացի այդ, դժվար է եղել խելացի տեքստիլ նախշեր ձևավորել հյուսելու մեթոդներից, որոնք պահանջում են սուր անկյուններ:Խելացի տեքստիլների ավելի լայն տեսականի ձևավորելու համար Maziz et al.Էլեկտրաակտիվ կրելի տեքստիլները մշակվել են էլեկտրազգայուն պոլիմերային թելեր հյուսելու և հյուսելու միջոցով46:
Վերջին տարիներին ի հայտ է եկել ջերմազգայուն արհեստական ​​մկանների նոր տեսակ՝ կառուցված բարձր ոլորված, էժան պոլիմերային մանրաթելերից47,48:Այս մանրաթելերը առևտրային հասանելի են և հեշտությամբ ընդգրկվում են գործվածքի կամ հյուսվածքի մեջ՝ մատչելի գներով խելացի հագուստ արտադրելու համար:Չնայած առաջընթացին, այս նոր ջերմազգայուն տեքստիլները ունեն սահմանափակ արձագանքման ժամանակներ՝ ջեռուցման և սառեցման անհրաժեշտության պատճառով (օրինակ՝ ջերմաստիճանով կառավարվող տեքստիլներ) կամ բարդ տրիկոտաժե և հյուսված նախշեր պատրաստելու դժվարությամբ, որոնք կարող են ծրագրավորվել ցանկալի դեֆորմացիաներ և շարժումներ առաջացնելու համար։ .Օրինակները ներառում են ճառագայթային ընդլայնում, 2D-ից 3D ձևի փոխակերպում կամ երկկողմանի ընդլայնում, որոնք մենք առաջարկում ենք այստեղ:
Վերոհիշյալ խնդիրները հաղթահարելու համար այս հոդվածը ներկայացնում է նոր հեղուկի վրա հիմնված խելացի տեքստիլ՝ պատրաստված մեր վերջերս ներդրված փափուկ արհեստական ​​մկանային մանրաթելերից (AMF)49,50,51:AMF-ները շատ ճկուն են, մասշտաբային և կարող են կրճատվել մինչև 0,8 մմ տրամագծով և մեծ երկարությամբ (առնվազն 5000 մմ), առաջարկելով բարձր հարաբերակցություն (երկարություն և տրամագիծ), ինչպես նաև բարձր երկարացում (առնվազն 245%), բարձր էներգիա: արդյունավետություն, 20 Հց-ից պակաս արագ արձագանք):Խելացի տեքստիլներ ստեղծելու համար մենք օգտագործում ենք AMF-ը որպես ակտիվ մանվածք՝ տրիկոտաժի և հյուսելու տեխնիկայի միջոցով 2D ակտիվ մկանային շերտեր ձևավորելու համար:Մենք քանակապես ուսումնասիրել ենք այս «խելացի» հյուսվածքների ընդարձակման արագությունը և կծկման ուժը հեղուկի ծավալի և մատակարարվող ճնշման առումով:Վերլուծական մոդելներ են մշակվել տրիկոտաժե և հյուսված թիթեղների երկարացման ուժի հարաբերությունները հաստատելու համար:Մենք նաև նկարագրում ենք մուլտիմոդալ շարժման համար խելացի տեքստիլի մի քանի մեխանիկական ծրագրավորման տեխնիկա, ներառյալ երկկողմանի ընդլայնումը, ճկումը, ճառագայթային ընդլայնումը և 2D-ից 3D անցնելու ունակությունը:Մեր մոտեցման ուժը ցուցադրելու համար մենք նաև AMF-ն ինտեգրելու ենք առևտրային գործվածքների կամ տեքստիլի մեջ՝ փոխելու դրանց կոնֆիգուրացիան պասիվից ակտիվ կառուցվածքների, որոնք առաջացնում են տարբեր դեֆորմացիաներ:Մենք նաև ցուցադրել ենք այս հայեցակարգը մի քանի փորձարարական նստարանների վրա, ներառյալ թելերի ծրագրավորվող ճկումը՝ ցանկալի տառեր ստանալու համար և ձևափոխող կենսաբանական կառուցվածքները այնպիսի առարկաների տեսքով, ինչպիսիք են թիթեռները, քառանկյուն կառուցվածքները և ծաղիկները:
Տեքստիլները ճկուն երկչափ կառույցներ են, որոնք ձևավորվում են միահյուսված միաչափ թելերից, ինչպիսիք են թելերը, թելերը և մանրաթելերը:Տեքստիլը մարդկության հնագույն տեխնոլոգիաներից մեկն է և լայնորեն կիրառվում է կյանքի բոլոր ասպեկտներում՝ իր հարմարավետության, հարմարվողականության, շնչառության, էսթետիկական և պաշտպանվածության շնորհիվ:Խելացի տեքստիլները (նաև հայտնի են որպես խելացի հագուստ կամ ռոբոտային գործվածքներ) ավելի ու ավելի են օգտագործվում հետազոտության մեջ՝ ռոբոտաշինական կիրառություններում իրենց մեծ ներուժի շնորհիվ20,52:Խելացի տեքստիլները խոստանում են բարելավել փափուկ առարկաների հետ շփվելու մարդկային փորձը՝ առաջ բերելով պարադիգմային փոփոխություն դաշտում, որտեղ բարակ, ճկուն գործվածքի շարժումն ու ուժերը կարող են վերահսկվել հատուկ առաջադրանքներ կատարելու համար:Այս հոդվածում մենք ուսումնասիրում ենք խելացի տեքստիլների արտադրության երկու մոտեցում՝ հիմնված մեր վերջին AMF49-ի վրա.(2) AMF-ն ուղղակիորեն տեղադրեք ավանդական գործվածքների մեջ՝ խթանելու ցանկալի շարժումը և դեֆորմացիան:
AMF-ը բաղկացած է ներքին սիլիկոնե խողովակից՝ հիդրավլիկ էներգիա մատակարարելու համար և արտաքին պտուտակաձև պարույրից՝ դրա ճառագայթային ընդլայնումը սահմանափակելու համար:Այսպիսով, AMF-ները երկարանում են երկայնքով, երբ ճնշում է գործադրվում, և հետագայում դրսևորում են կծկվող ուժեր՝ վերադառնալու իրենց սկզբնական երկարությանը, երբ ճնշումն ազատվում է:Նրանք ունեն ավանդական մանրաթելերի նման հատկություններ, ներառյալ ճկունությունը, փոքր տրամագիծը և երկար երկարությունը:Այնուամենայնիվ, AMF-ն ավելի ակտիվ և վերահսկվող է շարժման և ուժի առումով, քան իր սովորական գործընկերները:Ոգեշնչված խելացի տեքստիլների վերջին արագ առաջընթացից՝ այստեղ մենք ներկայացնում ենք խելացի տեքստիլ արտադրելու չորս հիմնական մոտեցում՝ AMF-ի կիրառմամբ գործվածքների արտադրության վաղուց հաստատված տեխնոլոգիայի վրա (Նկար 1):
Առաջին ճանապարհը հյուսելը:Մենք օգտագործում ենք հյուսված տրիկոտաժի տեխնոլոգիա՝ ռեակտիվ տրիկոտաժե գործվածք արտադրելու համար, որը հիդրավլիկ շարժման ժամանակ բացվում է մեկ ուղղությամբ:Տրիկոտաժե սավանները շատ առաձգական և ձգվող են, բայց հակված են ավելի հեշտությամբ քանդվել, քան հյուսված թերթերը:Կախված կառավարման մեթոդից, AMF-ը կարող է ձևավորել առանձին տողեր կամ ամբողջական արտադրանք:Բացի հարթ թիթեղներից, խողովակային տրիկոտաժե նախշերը նույնպես հարմար են AMF խոռոչ կառուցվածքների արտադրության համար:Երկրորդ մեթոդը գործվածքն է, որտեղ մենք օգտագործում ենք երկու AMF-ներ որպես ծռվածք և հյուսվածք՝ ձևավորելու ուղղանկյուն հյուսված թերթ, որը կարող է ինքնուրույն ընդլայնվել երկու ուղղությամբ:Հյուսված թիթեղները ապահովում են ավելի մեծ հսկողություն (երկու ուղղություններով), քան տրիկոտաժե թերթերը:Մենք նաև ավանդական մանվածքից հյուսեցինք AMF-ն՝ ավելի պարզ հյուսված թիթեղ պատրաստելու համար, որը կարող է բացվել միայն մեկ ուղղությամբ:Երրորդ մեթոդը՝ շառավղային ընդլայնումը, հյուսման տեխնիկայի տարբերակն է, որի դեպքում ԱՄՊ-ները գտնվում են ոչ թե ուղղանկյունի, այլ պարույրի մեջ, իսկ թելերն ապահովում են ճառագայթային սահմանափակում։Այս դեպքում հյուսը շառավղով ընդլայնվում է մուտքի ճնշման տակ:Չորրորդ մոտեցումը AMF-ը պասիվ գործվածքի թերթիկի վրա կպցնելն է՝ ցանկալի ուղղությամբ ճկման շարժում ստեղծելու համար:Մենք վերակազմավորել ենք պասիվ ճեղքման տախտակը ակտիվ ճեղքման տախտակի՝ AMF-ն պտտեցնելով դրա եզրին:AMF-ի այս ծրագրավորվող բնույթը բացում է անթիվ հնարավորություններ կենսաներշնչված ձևը փոխակերպող փափուկ կառուցվածքների համար, որտեղ մենք կարող ենք պասիվ օբյեկտները վերածել ակտիվի:Այս մեթոդը պարզ է, հեշտ և արագ, բայց կարող է վտանգել նախատիպի երկարակեցությունը:Ընթերցողին հղում են անում գրականության այլ մոտեցումներ, որոնք մանրամասնում են յուրաքանչյուր հյուսվածքային հատկության ուժեղ և թույլ կողմերը21,33,34,35:
Ավանդական գործվածքներ պատրաստելու համար օգտագործվող թելերի կամ մանվածքների մեծ մասը պարունակում է պասիվ կառուցվածքներ:Այս աշխատանքում մենք օգտագործում ենք մեր նախկինում մշակված AMF-ը, որը կարող է հասնել մետր երկարությունների և ենթմիլիմետրերի տրամագծերի, ավանդական պասիվ տեքստիլ մանվածքները փոխարինելու AFM-ով, որպեսզի ստեղծենք խելացի և ակտիվ գործվածքներ ավելի լայն կիրառման համար:Հետևյալ բաժինները նկարագրում են խելացի տեքստիլի նախատիպեր պատրաստելու մանրամասն մեթոդները և ներկայացնում են դրանց հիմնական գործառույթներն ու վարքագիծը:
Մենք ձեռքով պատրաստել ենք AMF-ի երեք մարզաշապիկներ՝ օգտագործելով հյուսված տրիկոտաժի տեխնիկան (նկ. 2Ա):Նյութերի ընտրությունը և AMF-ների և նախատիպերի մանրամասն բնութագրերը կարելի է գտնել «Մեթոդներ» բաժնում:Յուրաքանչյուր AMF-ն անցնում է ոլորուն ուղով (նաև կոչվում է երթուղի), որը կազմում է սիմետրիկ օղակ:Յուրաքանչյուր շարքի օղակները ամրացվում են դրանց վերևում և ներքևում գտնվող տողերի օղակներով:Ընթացքին ուղղահայաց մեկ սյունակի օղակները համակցված են լիսեռի մեջ:Մեր տրիկոտաժի նախատիպը բաղկացած է երեք շարքից յոթ կարից (կամ յոթ կարից) յուրաքանչյուր շարքում:Վերևի և ներքևի օղակները ամրացված չեն, ուստի մենք կարող ենք դրանք ամրացնել համապատասխան մետաղական ձողերին:Տրիկոտաժե նախատիպերը ավելի հեշտ են քանդվել, քան սովորական տրիկոտաժե գործվածքները, շնորհիվ սովորական մանվածքների համեմատ AMF-ի ավելի կոշտության:Հետեւաբար, մենք կապեցինք հարակից շարքերի օղակները բարակ առաձգական պարաններով:
Տարբեր խելացի տեքստիլի նախատիպեր են ներդրվում տարբեր AMF կոնֆիգուրացիաներով:(A) Երեք AMF-ից պատրաստված տրիկոտաժե թերթ:(B) Երկու AMF-ի երկկողմանի հյուսված թերթիկ:(C) AMF-ից և ակրիլային մանվածքից պատրաստված միակողմանի հյուսված թերթիկը կարող է կրել 500 գ բեռ, ինչը 192 անգամ գերազանցում է իր քաշը (2,6 գ):(D) Ճառագայթային ընդարձակվող կառուցվածք մեկ AMF-ով և բամբակյա մանվածքով, որպես ճառագայթային սահմանափակում:Մանրամասն բնութագրերը կարելի է գտնել «Մեթոդներ» բաժնում:
Թեև տրիկոտաժի զիգզագ օղակները կարող են ձգվել տարբեր ուղղություններով, մեր նախատիպային տրիկոտաժը ընդլայնվում է հիմնականում հանգույցի ուղղությամբ ճնշման տակ՝ ճանապարհորդության ուղղությամբ սահմանափակումների պատճառով:Յուրաքանչյուր AMF-ի երկարացումը նպաստում է տրիկոտաժի թերթիկի ընդհանուր տարածքի ընդլայնմանը:Կախված հատուկ պահանջներից՝ մենք կարող ենք կառավարել երեք AMF-ներ՝ անկախ երեք հեղուկի երեք տարբեր աղբյուրներից (Նկար 2Ա) կամ միաժամանակ հեղուկի մեկ աղբյուրից 1-ից 3 հեղուկ բաշխիչի միջոցով:Նկ.2A-ում ներկայացված է տրիկոտաժի նախատիպի օրինակ, որի սկզբնական տարածքը մեծացել է 35%-ով՝ երեք AMP-ների վրա ճնշում գործադրելիս (1,2 ՄՊա):Հատկանշական է, որ AMF-ը հասնում է իր սկզբնական երկարության առնվազն 250%-ի բարձր երկարացման49, այնպես որ տրիկոտաժե թերթերը կարող են ավելի շատ ձգվել, քան ներկայիս տարբերակները:
Մենք նաև ստեղծել ենք երկկողմանի հյուսված թերթեր, որոնք ձևավորվել են երկու AMF-ից՝ օգտագործելով պարզ հյուսվածքի տեխնիկան (Նկար 2B):AMF-ի աղավաղումը և հյուսվածքը միահյուսվում են ուղիղ անկյան տակ՝ ձևավորելով պարզ խաչաձև նախշ:Մեր նախատիպի գործվածքը դասակարգվել է որպես հավասարակշռված պարզ գործվածք, քանի որ թե՛ թեքվածքը և թե՛ հյուսած մանվածքը պատրաստված էին մանվածքի նույն չափից (մանրամասների համար տե՛ս «Մեթոդներ» բաժինը):Ի տարբերություն սովորական թելերի, որոնք կարող են ձևավորել սուր ծալքեր, կիրառվող AMF-ը պահանջում է որոշակի ճկման շառավիղ, երբ վերադառնում է հյուսելու ձևի մեկ այլ թել:Հետևաբար, AMP-ից պատրաստված հյուսված թիթեղները ավելի ցածր խտություն ունեն՝ համեմատած սովորական հյուսված տեքստիլի հետ:AMF տիպի S (արտաքին տրամագիծը 1,49 մմ) ունի նվազագույն ճկման շառավիղ 1,5 մմ:Օրինակ, հյուսվածքի նախատիպը, որը մենք ներկայացնում ենք այս հոդվածում, ունի 7×7 թելերի նախշ, որտեղ յուրաքանչյուր խաչմերուկ կայունացվում է բարակ առաձգական լարի հանգույցով:Օգտագործելով նույն հյուսման տեխնիկան, կարող եք ավելի շատ թելեր ստանալ:
Երբ համապատասխան AMF-ն ստանում է հեղուկի ճնշում, հյուսված թերթիկը ընդլայնում է իր տարածքը աղավաղման կամ հյուսվածքի ուղղությամբ:Հետևաբար, մենք վերահսկեցինք հյուսված թերթիկի չափերը (երկարությունը և լայնությունը)՝ ինքնուրույն փոխելով երկու AMP-ների վրա կիրառվող մուտքային ճնշման չափը:Նկ.2B-ը ցույց է տալիս հյուսված նախատիպը, որն ընդլայնվել է մինչև իր սկզբնական տարածքի 44%-ը՝ միաժամանակ ճնշում գործադրելով մեկ AMP-ի վրա (1,3 ՄՊա):Երկու AMF-ների վրա ճնշման միաժամանակյա գործողությամբ տարածքն ավելացել է 108%-ով:
Մենք նաև պատրաստեցինք միակողմանի հյուսված թիթեղ մեկ AMF-ից՝ փորվածքով և ակրիլային թելերով՝ որպես հյուսվածք (Նկար 2C):AMF-ները դասավորված են յոթ զիգզագ շարքերով, և թելերը հյուսում են AMF-ների այս շարքերը՝ ձևավորելով կտորի ուղղանկյուն թերթ:Այս հյուսված նախատիպն ավելի խիտ էր, քան Նկար 2B-ում, շնորհիվ փափուկ ակրիլային թելերի, որոնք հեշտությամբ լցնում էին ամբողջ թերթիկը:Քանի որ մենք օգտագործում ենք միայն մեկ AMF որպես աղավաղում, հյուսված թերթիկը կարող է ընդարձակվել միայն ճնշման տակ:Նկար 2C-ում ներկայացված է հյուսված նախատիպի օրինակ, որի սկզբնական տարածքը մեծանում է 65%-ով (1,3 ՄՊա):Բացի այդ, այս հյուսված կտորը (կշռում է 2,6 գրամ) կարող է բարձրացնել 500 գրամ բեռ, որը 192 անգամ գերազանցում է իր զանգվածը:
Փոխանակ AMF-ը զիգզագաձև ձևավորելու՝ ուղղանկյուն հյուսված թերթիկ ստեղծելու համար, մենք պատրաստեցինք AMF-ի հարթ պարուրաձև ձև, որն այնուհետև շառավղով սահմանափակվեց բամբակյա մանվածքով՝ կլոր հյուսված թերթիկ ստեղծելու համար (Նկար 2D):AMF-ի բարձր կոշտությունը սահմանափակում է ափսեի կենտրոնական հատվածի լցումը:Այնուամենայնիվ, այս լիցքը կարող է պատրաստվել առաձգական մանվածքներից կամ էլաստիկ գործվածքներից:Հիդրավլիկ ճնշումը ստանալուց հետո AMP-ն իր երկայնական երկարացումը վերածում է թերթի ճառագայթային ընդլայնման:Հարկ է նաև նշել, որ պարուրաձևի և՛ արտաքին, և՛ ներքին տրամագծերը մեծանում են թելերի ճառագայթային սահմանափակման պատճառով:Նկար 2D-ը ցույց է տալիս, որ 1 ՄՊա հիդրավլիկ ճնշման դեպքում կլոր թերթի ձևն ընդլայնվում է մինչև իր սկզբնական տարածքի 25%-ը:
Այստեղ մենք ներկայացնում ենք խելացի տեքստիլ պատրաստելու երկրորդ մոտեցումը, որտեղ մենք սոսնձում ենք AMF-ը հարթ կտորի վրա և այն վերակազմավորում ենք պասիվից ակտիվորեն կառավարվող կառուցվածքի:Կռացող շարժիչի նախագծման դիագրամը ներկայացված է նկ.3A, որտեղ AMP-ը ծալվում է մեջտեղից և սոսնձվում է ոչ երկարաձգվող գործվածքի շերտի վրա (բամբակյա մուսլինի գործվածք)՝ օգտագործելով երկկողմանի ժապավենը որպես սոսինձ:Կնքվելուց հետո AMF-ի վերին մասը ազատ է երկարաձգվում, մինչդեռ ներքևի մասը սահմանափակվում է ժապավենով և գործվածքով, ինչի հետևանքով ժապավենը թեքվում է դեպի գործվածքը:Մենք կարող ենք ցանկացած վայրում անջատել ճկման շարժիչի ցանկացած հատված՝ պարզապես ժապավենի ժապավեն կպցնելով դրա վրա:Ապաակտիվացված հատվածը չի կարող շարժվել և դառնում է պասիվ հատված:
Գործվածքները վերակազմավորվում են՝ կպցնելով AMF ավանդական գործվածքների վրա:(A) Դիզայնի հայեցակարգ՝ ճկվող շարժիչի համար, որը պատրաստված է ծալված AMF-ը սոսնձելով ոչ երկարաձգվող գործվածքի վրա:(B) Կռում է մղիչի նախատիպի.(C) Ուղղանկյուն կտորի վերակազմավորումը ակտիվ չորս ոտանի ռոբոտի:Անառաձգական գործվածք՝ բամբակյա ջերսի։Ձգվող գործվածք՝ պոլիեսթեր։Մանրամասն բնութագրերը կարելի է գտնել «Մեթոդներ» բաժնում:
Մենք պատրաստեցինք տարբեր երկարությունների մի քանի նախատիպ ճկման շարժիչներ և ճնշում գործադրեցինք հիդրավլիկով, որպեսզի ստեղծենք ճկման շարժում (Նկար 3B):Կարևորն այն է, որ AMF-ը կարող է դրվել ուղիղ գծով կամ ծալվել՝ մի քանի թելեր ձևավորելու համար, այնուհետև սոսնձվել գործվածքին՝ համապատասխան քանակի թելերով ճկվող շարժիչ ստեղծելու համար:Մենք նաև փոխակերպեցինք պասիվ հյուսվածքի թերթիկը ակտիվ տետրապոդ կառուցվածքի (Նկար 3C), որտեղ մենք օգտագործեցինք AMF ուղղանկյուն չընդլայնվող հյուսվածքի սահմանները (բամբակյա մուսլինի գործվածք):AMP-ը գործվածքին ամրացվում է երկկողմանի ժապավենով:Յուրաքանչյուր եզրի կեսը կպչուն ժապավենով է պասիվ դառնում, մինչդեռ չորս անկյունները մնում են ակտիվ:Ձգվող գործվածքի վերին ծածկը (պոլիեսթեր) ընտրովի է:Գործվածքի չորս անկյունները սեղմելիս թեքվում են (կարծես ոտքերին):
Մենք կառուցեցինք փորձարկման նստարան՝ մշակված խելացի տեքստիլի հատկությունները քանակականորեն ուսումնասիրելու համար (տես Մեթոդներ բաժինը և Լրացուցիչ Նկար S1):Քանի որ բոլոր նմուշները պատրաստված են AMF-ից, փորձարարական արդյունքների ընդհանուր միտումը (նկ. 4) համահունչ է AMF-ի հիմնական բնութագրերին, այն է՝ մուտքի ճնշումը ուղիղ համեմատական ​​է ելքի երկարացմանը և հակադարձ համեմատական՝ սեղմման ուժին:Այնուամենայնիվ, այս խելացի գործվածքներն ունեն եզակի բնութագրեր, որոնք արտացոլում են իրենց հատուկ կոնֆիգուրացիաները:
Հատկանշվում է տեքստիլի խելացի կոնֆիգուրացիաներով:(A, B) Հիստերեզի կորեր մուտքի ճնշման և ելքի երկարացման և հյուսված թերթերի համար ուժի համար:(C) հյուսված թերթիկի տարածքի ընդլայնում:(D,E) Տրիկոտաժեղենի մուտքային ճնշման և ելքային երկարացման և ուժի միջև կապը:(Զ) Ճառագայթային ընդարձակվող կառույցների տարածքի ընդլայնում:(G) Կռացող կրիչների երեք տարբեր երկարությունների ճկման անկյուններ:
Հյուսված թերթի յուրաքանչյուր AMF ենթարկվել է 1 ՄՊա մուտքային ճնշման՝ մոտավորապես 30% երկարացում առաջացնելու համար (նկ. 4Ա):Մենք ընտրեցինք այս շեմը ողջ փորձի համար մի քանի պատճառներով. (1) ստեղծել զգալի երկարացում (մոտ 30%)՝ ընդգծելու դրանց հիստերեզի կորերը, (2) կանխել հեծանվավազքը տարբեր փորձերից և կրկնակի օգտագործման նախատիպերից, որոնք հանգեցնում են պատահական վնասների կամ ձախողման:.հեղուկի բարձր ճնշման տակ:Մեռած գոտին հստակ երևում է, և հյուսը մնում է անշարժ, մինչև մուտքային ճնշումը հասնի 0,3 ՄՊա:Ճնշման երկարացման հիստերեզի սյուժեն ցույց է տալիս մեծ բացը պոմպային և արձակող փուլերի միջև, ինչը ցույց է տալիս, որ էներգիայի զգալի կորուստ կա, երբ հյուսված թերթիկը փոխում է իր շարժումը ընդարձակումից դեպի կծկում:(նկ. 4Ա):1 ՄՊա մուտքային ճնշում ստանալուց հետո հյուսված թերթիկը կարող է գործադրել 5,6 Ն կծկման ուժ (նկ. 4B):Ճնշման ուժի հիստերեզի սյուժեն ցույց է տալիս նաև, որ վերակայման կորը գրեթե համընկնում է ճնշման ավելացման կորի հետ:Հյուսված թերթիկի տարածքի ընդլայնումը կախված էր երկու AMF-ներից յուրաքանչյուրի վրա կիրառվող ճնշման քանակից, ինչպես ցույց է տրված 3D մակերեսի գծապատկերում (Նկար 4C):Փորձերը ցույց են տալիս նաև, որ հյուսված թերթիկը կարող է առաջացնել տարածքի 66% ընդլայնում, երբ դրա ծուռ և հյուսված AMF-ները միաժամանակ ենթարկվում են 1 ՄՊա հիդրավլիկ ճնշման:
Տրիկոտաժե թերթիկի փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս հյուսված թերթիկի նման նախշը, ներառյալ լայն հիստերեզի բացը լարվածության ճնշման դիագրամում և համընկնող ճնշում-ուժի կորերում:Տրիկոտաժե թերթիկը ցույց է տվել 30% երկարացում, որից հետո սեղմման ուժը 9 Ն է եղել 1 ՄՊա մուտքային ճնշման դեպքում (նկ. 4D, E):
Կլոր հյուսված թերթիկի դեպքում նրա սկզբնական մակերեսը 1 ՄՊա հեղուկի ճնշման ենթարկվելուց հետո սկզբնական տարածքի համեմատ ավելացել է 25%-ով (նկ. 4F):Նախքան նմուշը կսկսի ընդլայնվել, կա մեծ մուտքային ճնշման մեռած գոտի մինչև 0,7 ՄՊա:Այս մեծ մեռյալ գոտին սպասվում էր, քանի որ նմուշները պատրաստված էին ավելի մեծ AMF-ներից, որոնք պահանջում էին ավելի բարձր ճնշում՝ իրենց սկզբնական սթրեսը հաղթահարելու համար:Նկ.4F-ը նաև ցույց է տալիս, որ արձակման կորը գրեթե համընկնում է ճնշման բարձրացման կորի հետ՝ ցույց տալով փոքր էներգիայի կորուստ, երբ սկավառակի շարժումը միացված է:
Երեք ճկվող ակտուատորների փորձարարական արդյունքները (հյուսվածքի վերակազմավորում) ցույց են տալիս, որ նրանց հիստերեզի կորերն ունեն նմանատիպ օրինաչափություն (Նկար 4G), որտեղ նրանք զգում են մուտքի ճնշման մեռած գոտի մինչև 0,2 ՄՊա բարձրացումից առաջ:Մենք կիրառեցինք հեղուկի նույն ծավալը (0,035 մլ) երեք ճկվող սկավառակների վրա (L20, L30 և L50 մմ):Այնուամենայնիվ, յուրաքանչյուր մղիչ փորձեց ճնշման տարբեր գագաթներ և զարգացրեց տարբեր ճկման անկյուններ:L20 և L30 մմ մղիչները զգացել են մուտքային ճնշում 0,72 և 0,67 ՄՊա՝ հասնելով համապատասխանաբար 167° և 194° ճկման անկյունների:Ամենաերկար ճկման շարժիչը (երկարությունը 50 մմ) դիմացավ 0,61 ՄՊա ճնշմանը և հասավ 236° առավելագույն ճկման անկյունի:Ճնշման անկյունային հիստերեզի սյուժեները նաև բացահայտեցին համեմատաբար մեծ բացեր ճնշման և արձակման կորերի միջև բոլոր երեք ճկվող կրիչների համար:
Մուտքային ծավալի և ելքային հատկությունների (երկարացում, ուժ, տարածքի ընդլայնում, ճկման անկյուն) հարաբերությունները վերը նշված խելացի տեքստիլի կոնֆիգուրացիաների համար կարելի է գտնել Լրացուցիչ Նկար S2-ում:
Նախորդ բաժնի փորձարարական արդյունքները հստակ ցույց են տալիս կիրառվող մուտքային ճնշման և AMF նմուշների ելքի երկարացման միջև համաչափ կապը:Որքան ուժեղ է AMB-ը լարվում, այնքան ավելի մեծ է ձգվում այն ​​և ավելի առաձգական էներգիա է կուտակում:Հետևաբար, որքան մեծ է այն սեղմող ուժը, որը գործադրում է:Արդյունքները նաև ցույց են տվել, որ նմուշները հասել են իրենց առավելագույն սեղմման ուժին, երբ մուտքի ճնշումը ամբողջությամբ հանվել է:Այս բաժինը նպատակ ունի ուղղակի կապ հաստատել տրիկոտաժի և հյուսված թերթերի երկարացման և առավելագույն սեղմման ուժի միջև վերլուծական մոդելավորման և փորձարարական ստուգման միջոցով:
Մեկ AMF-ի առավելագույն կծկման ուժը Fout (մուտքային ճնշման դեպքում P = 0) տրվել է 49-րդ կետում և նորից ներմուծվել հետևյալ կերպ.
Դրանցից α, E և A0 են համապատասխանաբար ձգվող գործոնը, Յանգի մոդուլը և սիլիկոնե խողովակի լայնական հատվածը.k-ը պարուրաձև պարույրի կոշտության գործակիցն է.x-ը և li-ն օֆսեթ են և սկզբնական երկարությունը:AMP, համապատասխանաբար:
ճիշտ հավասարումը.(1) Որպես օրինակ վերցրեք տրիկոտաժե և հյուսված թերթեր (նկ. 5Ա, Բ):Fkv տրիկոտաժի և հյուսված արտադրանքի Fwh-ի կծկման ուժերը արտահայտվում են համապատասխանաբար (2) և (3) հավասարումներով:
որտեղ mk-ը օղակների քանակն է, φp-ը ներարկման ժամանակ տրիկոտաժի օղակի անկյունն է (նկ. 5Ա), mh-ը թելերի քանակը, θhp-ը ներարկման ժամանակ տրիկոտաժի միացման անկյունն է (նկ. 5B), εkv: εwh-ը տրիկոտաժե թերթիկն է և հյուսված թերթիկի դեֆորմացիան, F0-ը պարուրաձև կծիկի սկզբնական լարվածությունն է։Հավասարման մանրամասն ածանցում.(2) և (3) կարելի է գտնել օժանդակ տեղեկատվության մեջ:
Ստեղծեք երկարացում-ուժ հարաբերությունների վերլուծական մոդել:(A,B) Տրիկոտաժե և հյուսված թերթերի վերլուծական մոդելների նկարազարդումներ, համապատասխանաբար:(C,D) Տրիկոտաժե և հյուսված թիթեղների վերլուծական մոդելների և փորձարարական տվյալների համեմատություն:RMSE Արմատի միջին քառակուսի սխալ:
Մշակված մոդելը փորձարկելու համար մենք կատարեցինք երկարացման փորձեր՝ օգտագործելով Նկ. 2Ա-ի տրիկոտաժե նախշերը և Նկ.2Բ-ի հյուսված նմուշները:Կծկման ուժը չափվել է 5% հավելումներով յուրաքանչյուր կողպված երկարացման համար 0%-ից մինչև 50%:Հինգ փորձարկումների միջին և ստանդարտ շեղումը ներկայացված է Նկար 5C (հյուսվածք) և Նկար 5D (հյուսվածք):Անալիտիկ մոդելի կորերը նկարագրվում են հավասարումներով։Պարամետրերը (2) և (3) տրված են աղյուսակում:1. Արդյունքները ցույց են տալիս, որ վերլուծական մոդելը լավ համընկնում է փորձարարական տվյալների հետ ամբողջ երկարացման միջակայքում՝ 0,34 Ն տրիկոտաժի համար 0,34 Ն, հյուսված AMF H-ի համար (հորիզոնական ուղղություն) և 0,17 Ն արմատային միջին քառակուսի սխալ (RMSE): հյուսված AMF-ի համար:V (ուղղահայաց ուղղություն):
Բացի հիմնական շարժումներից, առաջարկվող խելացի տեքստիլները կարող են մեխանիկորեն ծրագրավորվել՝ ապահովելու ավելի բարդ շարժումներ, ինչպիսիք են S-bend, ճառագայթային կծկում և 2D-ից 3D դեֆորմացիա:Մենք այստեղ ներկայացնում ենք հարթ խելացի տեքստիլները ցանկալի կառուցվածքների մեջ ծրագրավորելու մի քանի մեթոդներ:
Բացի տիրույթը գծային ուղղությամբ ընդլայնելուց, միակողմանի հյուսված թիթեղները կարող են մեխանիկորեն ծրագրավորվել բազմամոդալ շարժում ստեղծելու համար (նկ. 6Ա):Մենք վերակազմավորում ենք հյուսված թերթիկի երկարացումը որպես ճկման շարժում՝ կարի թելով սահմանափակելով դրա դեմքերը (վերևից կամ ներքևից):Թերթիկները ճնշման տակ հակված են թեքվել դեպի սահմանափակող մակերեսը:Նկ.6A-ը ցույց է տալիս հյուսված վահանակների երկու օրինակ, որոնք դառնում են S-ձև, երբ մի կեսը սեղմվում է վերևի մասում, իսկ մյուս կեսը՝ ներքևի մասում:Որպես այլընտրանք, դուք կարող եք ստեղծել շրջանաձև ճկման շարժում, որտեղ միայն ամբողջ դեմքը կաշկանդված է:Միակողմանի հյուսված թերթիկը կարող է նաև վերածվել սեղմման թևի` միացնելով դրա երկու ծայրերը խողովակաձև կառուցվածքի մեջ (նկ. 6B):Թևը կրում են մարդու ցուցամատի վրայով՝ սեղմում ապահովելու համար, որը մերսման թերապիայի ձև է՝ ցավը թեթևացնելու կամ արյան շրջանառությունը բարելավելու համար:Այն կարող է մասշտաբվել, որպեսզի համապատասխանի մարմնի այլ մասերին, ինչպիսիք են ձեռքերը, կոնքերը և ոտքերը:
Մեկ ուղղությամբ թիթեղներ հյուսելու ունակություն:(Ա) դեֆորմացվող կառուցվածքների ստեղծում՝ կարի թելերի ձևի ծրագրավորելիության պատճառով։(B) Մատների սեղմման թեւ:(C) Հյուսված թերթիկի մեկ այլ տարբերակ և դրա իրականացումը որպես նախաբազկի սեղմման թև:(D) Կոմպրեսիոն թևի ևս մեկ նախատիպ՝ պատրաստված AMF տիպի M-ից, ակրիլային մանվածքից և Velcro ժապավեններից:Մանրամասն բնութագրերը կարելի է գտնել «Մեթոդներ» բաժնում:
Նկար 6C-ը ցույց է տալիս միակողմանի հյուսված թերթիկի ևս մեկ օրինակ՝ պատրաստված մեկ AMF-ից և բամբակյա մանվածքից:Թերթը կարող է ընդլայնվել 45% տարածքով (1,2 ՄՊա) կամ առաջացնել շրջանաձև շարժում ճնշման տակ:Մենք նաև ներառել ենք թերթիկ՝ նախաբազուկի սեղմման թև ստեղծելու համար՝ թերթի ծայրին մագնիսական ժապավեններ ամրացնելով:Նախաբազկի սեղմման թևի մեկ այլ նախատիպ ներկայացված է Նկար 6D-ում, որտեղ միակողմանի հյուսված թիթեղները պատրաստված են M տիպի AMF-ից (տես Մեթոդներ) և ակրիլային թելերից՝ ավելի ուժեղ սեղմման ուժեր առաջացնելու համար:Մենք սավանների ծայրերը հագեցրել ենք Velcro ժապավեններով՝ հեշտ ամրացնելու և ձեռքի տարբեր չափսերի համար:
Զսպման տեխնիկան, որը գծային ընդլայնումը վերածում է ճկման շարժման, կիրառելի է նաև երկկողմանի հյուսված թիթեղների համար:Բամբակե թելերը հյուսում ենք կեղևի և հյուսված թելերի մի կողմից, որպեսզի չընդլայնվեն (նկ. 7Ա):Այսպիսով, երբ երկու AMF-ները միմյանցից անկախ հիդրավլիկ ճնշում են ստանում, թերթիկը ենթարկվում է երկկողմանի ճկման շարժում՝ ձևավորելու կամայական եռաչափ կառուցվածք:Մեկ այլ մոտեցման դեպքում մենք օգտագործում ենք չընդլայնվող թելեր՝ երկկողմանի հյուսված թիթեղների մեկ ուղղությունը սահմանափակելու համար (Նկար 7B):Այսպիսով, թերթիկը կարող է ինքնուրույն ճկման և ձգվող շարժումներ կատարել, երբ համապատասխան AMF-ը գտնվում է ճնշման տակ:Նկ.7B-ը ցույց է տալիս մի օրինակ, որտեղ երկկողմանի հյուսված թերթիկը կառավարվում է, որպեսզի պտտվի մարդու մատի երկու երրորդի շուրջը ճկվող շարժումով և այնուհետև երկարաձգի դրա երկարությունը՝ մնացածը ծածկելու ձգվող շարժումով:Թիթեղների երկկողմանի շարժումը կարող է օգտակար լինել նորաձեւության դիզայնի կամ խելացի հագուստի զարգացման համար:
Երկկողմանի հյուսված թերթ, տրիկոտաժե թերթ և ճառագայթային ընդլայնվող դիզայնի հնարավորություններ:(A) երկկողմանի խճճված երկկողմանի հյուսած վահանակներ՝ երկկողմանի թեքություն ստեղծելու համար:(B) Միակողմանի սահմանափակված երկկողմանի հյուսած վահանակները առաջացնում են ճկունություն և երկարացում:(C) Բարձր առաձգական տրիկոտաժե թերթ, որը կարող է համապատասխանել մակերեսի տարբեր կորությանը և նույնիսկ ձևավորել խողովակային կառուցվածքներ:(D) շառավղով ընդարձակվող կառուցվածքի կենտրոնական գծի սահմանազատում, որը ձևավորում է հիպերբոլիկ պարաբոլիկ ձև (կարտոֆիլի չիպսեր):
Կարի թելով կապեցինք տրիկոտաժի վերին և ստորին շարքերի երկու հարակից օղակները, որպեսզի այն չքանդվի (նկ. 7Գ)։Այսպիսով, հյուսված թերթիկը լիովին ճկուն է և լավ է հարմարվում մակերեսի տարբեր կորերին, ինչպիսիք են մարդու ձեռքերի և ձեռքերի մաշկի մակերեսը:Ստեղծեցինք նաև խողովակաձև կառուցվածք (թև)՝ տրիկոտաժի ծայրերը միացնելով ճանապարհորդության ուղղությամբ։Թևը լավ է փաթաթվում մարդու ցուցամատի շուրջը (նկ. 7C):Հյուսված գործվածքի խտությունը ապահովում է գերազանց տեղավորում և դեֆորմացիա, ինչը հեշտացնում է այն օգտագործել խելացի հագուստի մեջ (ձեռնոցներ, սեղմող թևեր), ապահովելով հարմարավետություն (տեղադրման միջոցով) և բուժական ազդեցություն (սեղմման միջոցով):
Բացի բազմաթիվ ուղղություններով 2D ճառագայթային ընդլայնումից, շրջանաձև հյուսված թերթերը կարող են ծրագրավորվել նաև 3D կառուցվածքներ ձևավորելու համար:Մենք սահմանափակեցինք կլոր հյուսի կենտրոնական գիծը ակրիլային մանվածքով, որպեսզի խաթարենք դրա միատեսակ ճառագայթային ընդլայնումը:Արդյունքում, կլոր հյուսված թերթիկի սկզբնական հարթ ձևը ճնշումից հետո վերածվեց հիպերբոլիկ պարաբոլիկ ձևի (կամ կարտոֆիլի չիպսեր) (նկ. 7D):Ձևը փոխելու այս ունակությունը կարող է կիրառվել որպես բարձրացնող մեխանիզմ, օպտիկական ոսպնյակ, շարժական ռոբոտի ոտքեր կամ կարող է օգտակար լինել նորաձևության դիզայնի և բիոնիկ ռոբոտների մեջ:
Մենք մշակել ենք ճկուն կրիչներ ստեղծելու պարզ տեխնիկա՝ AMF-ը սոսնձելով չձգվող գործվածքի շերտի վրա (Նկար 3):Մենք օգտագործում ենք այս հայեցակարգը՝ ձևավորվող ծրագրավորվող թելեր ստեղծելու համար, որտեղ մենք կարող ենք ռազմավարականորեն բաշխել բազմաթիվ ակտիվ և պասիվ հատվածներ մեկ AMF-ում՝ ցանկալի ձևեր ստեղծելու համար:Մենք պատրաստեցինք և ծրագրավորեցինք չորս ակտիվ թելեր, որոնք կարող էին փոխել իրենց ձևը ուղիղից տառի (UNSW), քանի որ ճնշումը մեծացավ (Լրացուցիչ նկար S4):Այս պարզ մեթոդը թույլ է տալիս AMF-ի դեֆորմացիան վերածել 1D գծերը 2D ձևերի և, հնարավոր է, նույնիսկ 3D կառուցվածքների:
Նմանատիպ մոտեցման դեպքում մենք օգտագործեցինք մեկ AMF՝ պասիվ նորմալ հյուսվածքի մի հատվածը ակտիվ քառոտանի վերածելու համար (նկ. 8Ա):Ուղղորդման և ծրագրավորման հասկացությունները նման են Նկար 3C-ում ներկայացվածներին:Սակայն ուղղանկյուն թիթեղների փոխարեն սկսեցին օգտագործել չորքոտանի նախշով գործվածքներ (կրիա, բամբակյա մուսլին)։Հետեւաբար, ոտքերը ավելի երկար են, եւ կառուցվածքը կարելի է ավելի բարձր բարձրացնել:Կառույցի բարձրությունը աստիճանաբար մեծանում է ճնշման տակ, մինչև նրա ոտքերը ուղղահայաց լինեն գետնին:Եթե ​​մուտքի ճնշումը շարունակի բարձրանալ, ոտքերը դեպի ներս կիջնեն՝ նվազեցնելով կառուցվածքի բարձրությունը:Քառոտանիները կարող են տեղաշարժել, եթե նրանց ոտքերը հագեցած են միակողմանի նախշերով կամ օգտագործեն բազմաթիվ AMF-ներ՝ շարժման մանիպուլյացիայի ռազմավարություններով:Փափուկ շարժման ռոբոտները անհրաժեշտ են տարբեր խնդիրների համար, ներառյալ անտառային հրդեհներից, փլուզված շենքերից կամ վտանգավոր միջավայրերից փրկելու, ինչպես նաև բժշկական դեղորայք մատակարարող ռոբոտներ:
Գործվածքը վերակազմավորվել է ձևափոխող կառույցներ ստեղծելու համար:(A) Կպչեք AMF-ը պասիվ գործվածքների թերթիկի եզրագծին՝ վերածելով այն կառավարվող չորս ոտանի կառուցվածքի:(BD) Հյուսվածքների վերակազմավորման ևս երկու օրինակ՝ պասիվ թիթեռներն ու ծաղիկները վերածելով ակտիվ թիթեռների:Ոչ ձգվող գործվածք՝ պարզ բամբակյա մուսլին։
Մենք նաև օգտվում ենք հյուսվածքների վերակազմավորման այս տեխնիկայի պարզությունից և բազմակողմանիությունից՝ ներմուծելով երկու լրացուցիչ բիոներշնչված կառուցվածք՝ ձևափոխելու համար (Նկար 8B-D):Շարժվող AMF-ով այս ձևափոխվող կառույցները վերակազմավորվում են պասիվ հյուսվածքի թերթերից մինչև ակտիվ և կառավարվող կառուցվածքներ:Ոգեշնչվելով միապետ թիթեռից՝ մենք թիթեռի փոխակերպվող կառույց ենք պատրաստել՝ օգտագործելով թիթեռի տեսք ունեցող գործվածքի մի կտոր (բամբակյա մուսլին) և թևերի տակ խրված AMF-ի երկար կտոր:Երբ AMF-ը ճնշման տակ է, թեւերը ծալվում են:Ինչպես Monarch Butterfly-ը, այնպես էլ Butterfly Robot-ի ձախ և աջ թեւերը նույն կերպ են թափահարում, քանի որ երկուսն էլ վերահսկվում են AMF-ի կողմից:Թիթեռի փեղկերը նախատեսված են միայն ցուցադրման նպատակով:Այն չի կարող թռչել Smart Bird-ի պես (Festo Corp., ԱՄՆ):Մենք նաև պատրաստեցինք գործվածքից պատրաստված ծաղիկ (Նկար 8D), որը բաղկացած էր երկու շերտից՝ յուրաքանչյուրը հինգ թերթիկից:Յուրաքանչյուր շերտի տակ դրեցինք AMF-ը ծաղկաթերթիկների արտաքին եզրից հետո։Սկզբում ծաղիկները ծաղկում են, բոլոր թերթիկները լիովին բաց են:Ճնշման տակ AMF-ն առաջացնում է ծաղկաթերթիկների ճկման շարժում՝ պատճառ դառնալով դրանց փակման:Երկու AMF-ները ինքնուրույն վերահսկում են երկու շերտերի շարժումը, մինչդեռ մեկ շերտի հինգ թերթիկները միաժամանակ ճկվում են: