Los textiles robóticos se alimentan y actúan

Textiles Robóticos

Los textiles robóticos se alimentan y actúan

 

Wyss Institute

Los textiles robóticos se alimentan y actúan, un nuevo tejido inteligente que se puede inflar y desinflar mediante cambios de fase de vapor líquido líquido dependientes de la temperatura podría permitir una nueva gama de aplicaciones mecanoterapéuticas e industriales.

Por Benjamin Boettner

Los robots blandos están en aumento en gran medida debido a su capacidad para interactuar y adaptarse al cuerpo humano de una manera que los robots rígidos y rígidos no pueden. Como dispositivos portátiles que a menudo usan telas especialmente diseñadas, los robots blandos están comenzando a convertirse en la base de nuevas terapias de rehabilitación, o como mejoras que protegen a los usuarios mientras realizan tareas extenuantes. Mientras tanto, como dispositivos no portátiles pero que funcionan de manera independiente, los robots blandos basados ​​en textiles podrían habilitar nuevas mecanoterapias para ayudar a los tejidos como los músculos y sus fibras nerviosas activadoras a reparar el daño o prevenir el daño en primer lugar mediante la aplicación de fuerzas físicas a la derecha frecuencia en ubicaciones precisas.

 

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Los Textiles de Actuación Térmica Inteligente (STAT) son bolsas herméticamente cerradas que pueden cambiar de forma o mantener su presión incluso en entornos en los que fluctúa la temperatura exterior o el flujo de aire. Esta tecnología de robótica blanda podría desarrollarse como componentes novedosos de las terapias de rehabilitación o para prevenir el daño tisular en camas de hospital o personas en silla de ruedas. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.

Estos textiles robóticos STAT surgieron a través de una maravillosa colaboración autoensamblada que involucró a múltiples equipos de Wyss que han podido aprovechar su experiencia multidisciplinaria para superar un cuello de botella central en ingeniería robótica. Han creado una solución completamente nueva para el desafío de la interfaz humano-robot, que puede transformar la robótica industrial y cambiar la forma en que se llevan a cabo las terapias de rehabilitación física en el futuro “, dijo el Director Fundador del Instituto Wyss,  Donald Ingber , MD, Ph.D. , quien también es  profesor de Biología Vascular de Judah Folkman  en la Facultad de Medicina de Harvard y del Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.⌋

 

 

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Además de las telas especializadas, los robots blandos basados ​​en textiles necesitan sistemas de “activación” y “detección” que, respectivamente, inducen sus movimientos y les permiten sentir literalmente su propio estado y los entornos con los que interactúan. Hasta ahora, la mayoría de los robots blandos basados ​​en textiles se accionan neumáticamente, lo que significa que están atados a través de tubos voluminosos a compresores externos, a menudo ruidosos, que modulan la presión de aire dentro de ellos para que puedan cambiar sus estructuras y movimientos.

 

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Los Textiles Inteligentes de Actuación Térmica (STAT) pueden pasar de un estado desinflado (izquierda) a un estado inflado (derecha) aplicando calentamiento inducido eléctricamente para vaporizar un fluido de trabajo interno y presurizar cada elemento STAT individual; se desinflan al permitir que el líquido se enfríe y se condense en un líquido. Al utilizar sensores de tela suave, los elementos STAT individuales integrados en las matrices mantienen sus perfiles de presión independientemente de los demás elementos de la matriz. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.

Ahora, un equipo altamente multidisciplinario de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de la Universidad de Harvard, la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) y el Departamento de Química y Biología Química han desarrollado Textiles Inteligentes de Actuación Térmica (STAT) que inducen los cambios de presión controlando eléctricamente los cambios de fase de vapor líquido en textiles robóticos, eliminando la necesidad de correas neumáticas y abriendo nuevas aplicaciones robóticas textiles. Los hallazgos se publican en Advanced Materials Technologies .

 

 

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El equipo fue dirigido por el miembro asociado de la facultad del Instituto Wyss, Conor Walsh , Ph.D., quien también es el Profesor Paul A. Maeder de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS, y el Fundador del  Laboratorio de Biodiseño de Harvard . Walsh y su grupo, con su trabajo fundamental, han desarrollado una serie de robots portátiles suaves basados ​​en textiles para aplicaciones biomédicas y de otro tipo.

“Nuestro objetivo era diseñar tejidos robóticos que puedan detectar y accionar electrónicamente, utilizar un control integrado de retroalimentación de circuito cerrado para regularse y fabricarse en formas arbitrarias y grandes lotes”, dijo la coautora Vanessa Sánchez , una estudiante de posgrado que trabaja en El grupo de Walsh en el Instituto Wyss y SEAS que se unió al equipo con experiencia en ingeniería y diseño de moda. “Las STAT incorporan todas estas características. Como telas inteligentes livianas y discretas, creemos que podrían permitir una nueva gama de enfoques robóticos ”.

 

 

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Para desarrollar su mecanismo de actuación integrado en textiles, el equipo de Walsh colaboró ​​con los miembros de la Facultad Asociada de Wyss Robert Wood , Ph.D., y George Whitesides , Ph.D. Wood y su grupo aportaron al proyecto su amplia experiencia en robots blandos no portátiles y técnicas de fabricación innovadoras, mientras que el grupo de Whitesides había creado un profundo conocimiento de los sistemas fluídicos, los materiales adaptativos y sus propiedades autorreguladoras que, juntos, se convirtieron en clave para el desarrollo de STATs. Wood también es profesor de ingeniería y ciencias aplicadas de Charles River en SEAS, y Whitesides the Woodford L. y Ann A. Flowers, profesor de la Universidad de Harvard.

 

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Los sensores de presión de tela capacitiva suave se fabrican en lotes utilizando técnicas probadas de estampado láser y unión térmica. Este método de fabricación escalable permite la fabricación automatizada de conjuntos de sensores de presión prealineados y personalizables para dispositivos STAT. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard. Los textiles robóticos se alimentan y actúan

Los investigadores fabricaron STAT como bolsas herméticamente cerradas utilizando una membrana textil tejida disponible comercialmente recubierta con una capa de poliuretano termoplástico termosellable e incorporando componentes eléctricamente activos integrados. Al alimentar dinámicamente los componentes eléctricos de STAT, un fluido de ingeniería cerrado conocido como Novec TM 7000 se vaporiza por calor y expande su volumen hasta 100 veces, lo que permite que los textiles robóticos aumenten y disminuyan su presión interna en un rango significativo.

Las STAT del equipo podrían generar presiones máximas de alrededor de 75 kPa a temperatura ambiente, lo que equivale aproximadamente a la presión de un balón de fútbol reglamentario de la FIFA o la presión dentro de una olla de presión Instant Pot. Además, configuraron matrices de STAT, en las que las STAT individuales en, por ejemplo, una disposición 3 × 3 podrían activarse en patrones programados. Los STAT interconectados pudieron mantener sus perfiles de presión independientemente de los demás, y bajo la presión de un peso externo.

 

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“Las capacidades generales de STAT, una ruta de fabricación que combina técnicas de fabricación probadas y comprobadas que nos permiten diseñar STAT con geometrías arbitrarias a granel, y su resistencia al agua y larga vida útil bajo tensión, los hacen muy adecuados para una gran cantidad de aplicaciones, “Dijo Walsh. “Podrían utilizarse en dispositivos de vestir mecanoterapéuticos que, mediante la aplicación de patrones de presión definidos, podrían acelerar la reparación de tejidos, en cojines sensibles que podrían ayudar a prevenir las úlceras por presión en personas en silla de ruedas o en la cama del hospital, o incluso como prendas dinámicas en la industria de la moda, solo para nombrar unos pocos.”

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