У 2023 році дослідники з лабораторії м'яких перетворювачів (Soft Transducers Laboratory) при Інженерному факультеті EPFL представили першу у світі помпу, виконану у формі волокна. Гнучка трубка цієї помпи здатна самостійно створювати тиск та забезпечувати потік рідини; її можна вшивати в «розумний» текстиль для циркуляції рідин (наприклад, для терморегуляції або тактильного зворотного зв'язку) або для живлення допоміжних натільних пристроїв.
Команда пішла ще далі в розробці технологій, сумісних з текстилем, створивши FiberMotor - двигун ниткоподібної форми, що перетворює електричну енергію безпосередньо в рух. FiberMotor має діаметр 1-3 мм і складається з двох порожнистих волокон, вкладених одна в одну.
Навколо кожного волокна щільно намотані електроди з ізольованого мідного дроту, товщина якого лише трохи перевищує товщину людського волосся. При подачі напруги на електроди електростатичні сили, що виникають, багаторазово вирівнюють волокна відносно один одного, змушуючи внутрішнє волокно ковзати всередині зовнішнього — подібно до того, як розсувається телескоп.
"Наш FiberMotor – це перший мотор ковзання волоконного типу", – каже керівник Лабораторії м'яких перетворювачів Герберт Ші (Herbert Shea). "Він розвиває достатню силу для приведення в дію пристроїв м'якої робототехніки, залишаючись при цьому безшумним, гнучким і здатним працювати в обох напрямках."
Результати дослідження опубліковані в журналі Advanced Materials.
Надійний та природний рух
Багато повсякденних дій, таких як підйом, штовхання або тяга, засновані на лінійному (а не обертальному) русі. Відтворення такого руху довгий час залишалося складним завданням в області натільної робототехніки, оскільки потужні мотори, здатні забезпечити лінійне переміщення, часто вимагають використання жорстких шестерень, трансмісій та інших громіздких компонентів. Були розроблені так звані "штучні м'язи", однак діапазон їхнього руху обмежений межами розтягування, стиснення або вигину матеріалів, з яких вони виготовлені.
На відміну від штучних м'язів, діапазон руху FiberMotor обмежений лише довжиною самих волокон.
Відсутність шестерень і трансмісій також забезпечує пристрою можливість зворотного ходу (backdrivability): його можна безпечно переміщати під впливом зовнішньої сили, що дозволяє природніше взаємодіяти з рухами людини в порівнянні з традиційними моторами. Наприклад, якщо користувач здійснить несподіваний рух або спробує рухатися в напрямку, протилежному роботі FiberMotor, волокна пристрою просто ковзають один до одного, не блокуючись.
Сила - в об'єднанні
В ході лабораторних випробувань окремі модулі FiberMotor могли утримувати статичні навантаження масою близько 75 грамів. При об'єднанні в групу чотири таких двигуни розвивали зусилля, достатнє для того, щоб підняти шоколадний батончик вагою 46 грамів і привести в рух роботизований палець, що працює за принципом сухожильної передачі.
Дослідники також інтегрували FiberMotor у прототип елемента одягу, що повторює форму коліна. Оскільки ці мотори відрізняються малою товщиною та вагою, розробники планують розподіляти їх по поверхні "розумної" тканини, а не концентрувати зусилля в одному громіздкому жорсткому блоці.
На наступному етапі вчені мають намір підвищити ефективність та довговічність FiberMotor шляхом використання ще тонших електродів, виготовлених переважно з ізоляційних матеріалів та оптимізованих компонентів. Зрештою вони планують використовувати унікальне поєднання потужності й гнучкості FiberMotor для створення допоміжних пристроїв, що носяться — наприклад, м'яких екзокостюмів, що полегшують пересування, тактильних систем для віртуальної реальності та легких протезів. Провідний автор дослідження Сільвен Шаллер вже заснував стартап Elecsyor для комерціалізації цієї технології.
Перспективні напрями досліджень включають інтеграцію даних зворотного зв'язку про положення тіла та рухи користувача, що дозволить мотору оперативно адаптувати свою роботу відповідно до намірів людини.
