Активная ткань с 3D-печатью для медицинских устройств и мягкой робототехники

Две сплайны на основе развивающихся поверхностей, достигнутых парусами.Кредит: Science Robotics (2024).Doi: 10.1126/scirobotics.adl0307

Разработанный благодаря комбинации геометрического дизайна, 3D -печати и роботизированного контроля, новая технология, Robofabric, может быть быстро превращена в медицинские устройства или мягкую робототехнику, такую ​​как конечности для дронов.

Исследовательская группа NTU разработала поддержку локтя от универсального материала, помогая людям переносить более тяжелые нагрузки.Также был сделан прототип поддержки запястья, который может помочь стабилизировать суставы для повседневной деятельности и принести пользу пациентам с болезнью Паркинсона, которые испытывают дрожь.

Вдохновленные масштабами панголинов и Armadillos, которые блокируются, чтобы сформировать защитную оболочку, первый шаг в создании патентной технологии-это расширенный математический алгоритм, который разрабатывает взаимосвязанную систему плиток.

Плиты с 3D-печатью затем соединяются металлическими волокнами, проходящими через крошечные каналы между ними, или с помощью внешнего мягкого корпуса, который требует постоянного применения отрицательного давления воздуха или вакуума.

Когда волокна сжимаются, плитка взаимодействует и жестко, увеличивая жесткость робофабриз более 350 раз и обеспечивая дополнительную прочность и стабильность.

Согласно выводам исследовательской группы, опубликованных в расширенных материалах, активность мышц человека может быть снижена до 40%, когда устройство помогает суставам при подъеме нагрузки.

Ведущий ученый, доцент Наньянга Ван Ифан из Школы механической и аэрокосмической инженерии NTU, сказал: «Мы были вдохновлены тем, как животные часто обладают множеством функциональных возможностей для их конечностей благодаря использованию сложных структур, во многом похожими на составление формы и жесткости-жесткости-жесткости-жесткость.Различия в осьминогах “.

«Мы предполагаем, что в будущем пациентам, которым нужен гипсовый состав для переломов, будет возможность настройки гибкой поддержки конечностей, которая является тканевойНа прикосновении кнопки.

Чтобы настроить совместную поддержку, 3D -сканирование запястья или локтя загружается в проприетарное программное обеспечение, с помощью которого специальный алгоритм может автоматически анализировать трехмерную модель на десятки геометрических плиток, которые могут быть напечатаны 3D за час.

Затем металлические волокна должны быть прорезаны через отверстия между плитки и подключены к электрическому устройству, которое может быстро затянуть или ослабить кабели.

Этот процесс потока в настоящее время выполняется вручную, но команда говорит, что он может быть автоматизирован в будущем, аналогично тем, как ракетки бадминтона повторно натянуты с помощью машины.

Предоставляя независимый комментарий по технологии RoboFabric, адъюнкт -доцент Лох Йонг Джу, руководитель и старший консультант Департамента реабилитационной медицины, больницы Tan Tock Seng (TTSH), заявил, что изобретение NTU имеет некоторые обещания для заявок в реабилитационную медицину.

«Эта технология может быть потенциально полезной в нескольких случаях, таких как люди с травмами суставов, поскольку она может позволить безопасную корректировку движений во время восстановления.

Для тех, у кого есть моторная слабость верхней конечности, такие как пациенты с посттакром, Robofabric может оказать поддержку для выполнения некоторых функциональных задач »,-сказал профессор Лох, который также является директором по клиническим инновациям в TTSH.

«Кроме того, люди с расстройствами движения, такие как болезнь Паркинсона, могут извлечь выгоду из стабильности, которые предлагает Robofabric, что стабилизирует траекторию движения для выполнения функциональных задач безопасно. Если в будущем адаптирована для применений колена, он может даже служить стабилизирующим ортозаПомогите предотвратить падение “.

Robofabric также может быть применен в робототехнике.В своей последней исследовательской работе, опубликованной в Science Robotics, команда профессора Ванга демонстрирует крошечный робот из тонких волновых плиток, запечатанных в эластичной конверте.

Когда вакуум применяется, робофабричных переходит к ее обозначенной форме и становится жестким.И наоборот, когда вакуумное давление удаляется, оно расслабляется в мягком состоянии.

Это применение жесткости и смягчения позволяет маленькому роботу подниматься, как червь, или плавать в воде, неся небольшие нагрузки или защищая хрупкие активы, образуя жесткую оболочку вокруг них.Эти возможности важны для разведочных и спасательных роботов, которые необходимо перемещать по сложной местности и обеспечивать защиту по требованию.

В другой демонстрации четыре таких робота объединяются, чтобы сформировать роботизированный захват на беспилотнике.Сделано жестким, мягкий захватчик скручивается и может собирать мелкие предметы, похожие на когтя.Чтобы сбросить предметы, это расслабляется.

Захват удваивается как поглощающая шок для жестких посадков, когда он скручивается.В то время как мягкие, Grippers можно сложить в корпус беспилотников и не влиять на его функцию полета.

Команда изучает сотрудничество с отраслевыми партнерами, которые проявили интерес к этой технологии и надеются сотрудничать с ними для испытаний развертывания в секторах здравоохранения и робототехники, так как эта технология, сделанная в Singapore, предлагает новые решения для медицинской поддержки и улучшаетфункциональность дронов или разведочных роботов.

More information: Xudong Yang et al, Active Fabrics With Controllable Stiffness for Robotic Assistive Interfaces, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202404502

Tianyu Chen et al., Программируемые роботизированные структуры, вдохновленные масштабами, с параллельным изменением формы и изменением жесткости, научная робототехника (2024).Doi: 10.1126/scirobotics.adl0307