柔软的机器人它们的增长很大程度上是因为它们能够以僵硬的方式与人体互动并适应人体吗机器人不能。由于可穿戴设备通常使用特殊设计的织物，软机器人开始成为新产品的基础康复治疗，或者作为一种增强，在佩戴者执行繁重任务时保护他们。与此同时，作为一种非可穿戴但功能独立的设备，基于纺织品的软机器人可以实现新的机械疗法，帮助肌肉等组织及其激活的神经纤维修复损伤，或者通过在精确的位置以正确的频率施加物理力量，从一开始就防止损伤。
除了特殊的织物，基于纺织品的软机器人还需要“驱动”和“传感”系统，分别诱导它们的动作，并让它们真正感受到自己的状态和与之交互的环境。到目前为止，大多数以纺织品为基础的软机器人都是气动驱动的，这意味着它们通过笨重的管道与外部的、通常是嘈杂的压缩机相连，压缩机调节内部的空气压力，从而改变它们的结构和运动。
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现在，一个由哈佛大学威斯生物工程研究所、约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)、化学和化学生物学系已经开发出智能热致动纺织品(STATs)，通过电控制纺织机器人的液气相变化来诱导压力变化，消除了气动系绳的需求，开辟了纺织机器人的新应用。
该团队由Wyss研究所副教授Conor Walsh博士领导。沃尔什和他的团队通过他们的基础工作，已经开发出了许多柔软的、基于纺织品的可穿戴机器人，用于生物医学和其他应用。“我们的目标是设计出能够电子感知和驱动的机器人织物，使用集成的闭环反馈控制来调节自己，并可以被制造成任意形状和批量，”共同第一作者瓦妮莎·桑切斯(Vanessa Sanchez)说，她是一名研究生，在维斯研究所和SEAS的沃尔什团队工作，她加入团队时拥有工程学和时装设计的背景。“STATs包含了所有这些功能。作为一种轻质且不显眼的智能织物，我们相信它们可以实现一系列新的机器人方法。”
为了开发他们的纺织嵌入式驱动机构，Walsh的团队与Wyss副教授Robert Wood博士和George Whitesides博士合作。Wood和他的团队将他们在非可穿戴软机器人和创新制造技术方面的广泛专业知识带到这个项目中。而怀特赛兹的团队对流体系统、自适应材料及其自我调节特性有了深刻的理解，这些共同成为STATs开发的关键。
研究人员使用一种商用纺织膜，涂上一层可热封的热塑性聚氨酯，并嵌入电活性成分，将STATs制成密封袋。通过动态驱动STATs的电气组件，一种名为NovecTM 7000的封闭工程流体被加热汽化，并将其体积扩大100倍，从而允许机器人纺织品在相当大的范围内增加或减少内部压力。
“为了能够以一种可编程的方式驱动这些压力变化，并允许系统进行自我调节，我们在织物中制造了导电的镀银线，这些线构成了纺织加热器和传感器元件，并使袋内实现了所需的温度和压力控制。”沃尔什团队中与桑切斯密切合作的研究助理克里斯托弗·佩恩(Christopher Payne)说。“通过集成的‘闭环反馈’控制器，即使在外部温度波动的环境中，如靠近主动冷却系统的空气管，STATs也能自动保持压力。”
在室温下，该队的STATs可以产生约75千帕的压力峰值，这大致相当于一个国际足联规定的足球或快煲电压力锅内的压力。此外，他们还配置了STATs数组，其中单个的STATs，例如3×3排列，可以在编程模式中被激活。相互关联的STATs能够独立于其他数据，并在外部重量的压力下维持其压力曲线。
Walsh说:“STATs的整体性能，结合了经过验证的制造技术，使我们能够批量设计任意几何形状的STATs，以及它们的耐水性和在压力下的长寿命，使它们非常适合各种应用。”“它们可以应用在机械治疗可穿戴设备上，通过应用特定的压力模式，可以加速组织修复;它们可以应用在响应性靠垫上，有助于防止轮椅或医院卧床的人产生压力疮;它们甚至可以用于时尚行业的动态服装，这只是其中的几个例子。”
“这些STAT机器人纺织品是通过多个Wyss团队出色的自组装合作而出现的，他们能够利用自己的多学科专业知识，克服机器人工程中的一个核心瓶颈。他们为人机界面挑战创造了一个全新的解决方案，这可以改变工业机器人，并改变未来物理康复疗法的实施方式。”Wyss研究所的创始主任Donald Ingber医学博士说，他也是哈佛医学院血管生物学和波士顿儿童医院血管生物学项目的Judah Folkman教授，以及SEAS的生物工程教授。
研究结果发表在先进材料技术．
来源:哈佛大学的维斯研究所
