द्रव-संचालित कृत्रिम मांसपेशी फाइबर का उपयोग करके स्मार्ट वस्त्र

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स्मार्ट टेक्सटाइल बनाने के लिए वस्त्रों और कृत्रिम मांसपेशियों का संयोजन वैज्ञानिक और औद्योगिक दोनों समुदायों का बहुत ध्यान आकर्षित कर रहा है।स्मार्ट टेक्सटाइल कई लाभ प्रदान करते हैं, जिनमें अनुकूली आराम और वांछित गति और ताकत के लिए सक्रिय सक्रियण प्रदान करते हुए वस्तुओं के अनुरूप उच्च स्तर की अनुरूपता शामिल है।यह लेख बुनाई, बुनाई और द्रव-चालित कृत्रिम मांसपेशी फाइबर को चिपकाने के विभिन्न तरीकों का उपयोग करके बनाए गए प्रोग्रामयोग्य स्मार्ट कपड़ों की एक नई श्रेणी प्रस्तुत करता है।बुने हुए और बुने हुए कपड़ा शीटों के बढ़ाव बल के अनुपात का वर्णन करने के लिए एक गणितीय मॉडल विकसित किया गया था, और फिर इसकी वैधता का प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया था।नए "स्मार्ट" टेक्सटाइल में उच्च लचीलापन, अनुरूपता और यांत्रिक प्रोग्रामिंग की सुविधा है, जो अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए मल्टी-मोडल मूवमेंट और विरूपण क्षमताओं को सक्षम करती है।प्रायोगिक सत्यापन के माध्यम से विभिन्न स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइप बनाए गए हैं, जिनमें विभिन्न आकार परिवर्तन के मामले जैसे बढ़ाव (65% तक), क्षेत्र विस्तार (108%), रेडियल विस्तार (25%) और झुकने की गति शामिल हैं।बायोमिमेटिक आकार देने वाली संरचनाओं के लिए निष्क्रिय पारंपरिक ऊतकों को सक्रिय संरचनाओं में पुन: कॉन्फ़िगर करने की अवधारणा का भी पता लगाया जा रहा है।प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइल्स से स्मार्ट वियरेबल्स, हैप्टिक सिस्टम, बायोमिमेटिक सॉफ्ट रोबोट और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास को सुविधाजनक बनाने की उम्मीद है।
संरचित वातावरण में काम करते समय कठोर रोबोट प्रभावी होते हैं, लेकिन बदलते वातावरण के अज्ञात संदर्भ में समस्याएं होती हैं, जो खोज या अन्वेषण में उनके उपयोग को सीमित करती हैं।बाहरी कारकों और विविधता से निपटने के लिए प्रकृति कई आविष्कारी रणनीतियों से हमें आश्चर्यचकित करती रहती है।उदाहरण के लिए, चढ़ाई वाले पौधों की टेंड्रिल एक उपयुक्त समर्थन1 की तलाश में अज्ञात वातावरण का पता लगाने के लिए झुकने और सर्पिलिंग जैसी मल्टीमॉडल गतिविधियां करती हैं।वीनस फ्लाईट्रैप (डायोनिया मसिपुला) की पत्तियों पर संवेदनशील बाल होते हैं, जो ट्रिगर होने पर शिकार को पकड़ने के लिए अपनी जगह पर चिपक जाते हैं2।हाल के वर्षों में, जैविक संरचनाओं की नकल करने वाली दो-आयामी (2डी) सतहों से तीन-आयामी (3डी) आकृतियों में निकायों का विरूपण या विरूपण एक दिलचस्प शोध विषय बन गया है।ये नरम रोबोटिक कॉन्फ़िगरेशन बदलते परिवेश के अनुकूल आकार बदलते हैं, मल्टीमॉडल लोकोमोशन को सक्षम करते हैं, और यांत्रिक कार्य करने के लिए बल लागू करते हैं।उनकी पहुंच रोबोटिक्स अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला तक बढ़ गई है, जिसमें तैनाती योग्य 5, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य और स्व-फोल्डिंग रोबोट6,7, बायोमेडिकल डिवाइस8, वाहन9,10 और विस्तार योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स11 शामिल हैं।
प्रोग्रामयोग्य फ्लैट प्लेटों को विकसित करने के लिए काफी शोध किया गया है, जो सक्रिय होने पर जटिल त्रि-आयामी संरचनाओं में परिवर्तित हो जाते हैं।विकृत संरचनाएं बनाने का एक सरल विचार विभिन्न सामग्रियों की परतों को संयोजित करना है जो उत्तेजनाओं के संपर्क में आने पर मुड़ जाती हैं और झुर्रीदार हो जाती हैं।जांबाज एट अल.14 और ली एट अल।15 ने ताप-संवेदनशील मल्टीमॉडल विकृत रोबोट बनाने के लिए इस अवधारणा को लागू किया है।जटिल त्रि-आयामी संरचनाएं बनाने के लिए उत्तेजना-उत्तरदायी तत्वों को शामिल करने वाली ओरिगामी-आधारित संरचनाओं का उपयोग किया गया है।जैविक संरचनाओं के रूपजनन से प्रेरित, इमैनुएल एट अल।रबर की सतह के भीतर वायु चैनलों को व्यवस्थित करके आकार-विकृत इलास्टोमर्स बनाए जाते हैं, जो दबाव में, जटिल, मनमाने ढंग से त्रि-आयामी आकार में बदल जाते हैं।
विकृत मुलायम रोबोटों में वस्त्रों या कपड़ों का एकीकरण एक और नई अवधारणा परियोजना है जिसने व्यापक रुचि पैदा की है।कपड़ा बुनाई, बुनाई, ब्रेडिंग या गाँठ बुनाई जैसी बुनाई तकनीकों द्वारा सूत से बनाई गई नरम और लोचदार सामग्री है।लचीलेपन, फिट, लोच और सांस लेने की क्षमता सहित कपड़ों के अद्भुत गुण, उन्हें कपड़ों से लेकर चिकित्सा अनुप्रयोगों तक हर चीज में बहुत लोकप्रिय बनाते हैं20।रोबोटिक्स21 में वस्त्रों को शामिल करने के लिए तीन व्यापक दृष्टिकोण हैं।पहला दृष्टिकोण कपड़ा को अन्य घटकों के लिए निष्क्रिय समर्थन या आधार के रूप में उपयोग करना है।इस मामले में, कठोर घटकों (मोटर्स, सेंसर, बिजली की आपूर्ति) ले जाने पर निष्क्रिय वस्त्र उपयोगकर्ता के लिए एक आरामदायक फिट प्रदान करते हैं।अधिकांश नरम पहनने योग्य रोबोट या नरम एक्सोस्केलेटन इस दृष्टिकोण के अंतर्गत आते हैं।उदाहरण के लिए, चलने में सहायता के लिए नरम पहनने योग्य एक्सोस्केलेटन 22 और कोहनी में सहायता के लिए 23, 24, 25, हाथ और उंगली में सहायता के लिए नरम पहनने योग्य दस्ताने 26, और बायोनिक सॉफ्ट रोबोट 27।
दूसरा दृष्टिकोण नरम रोबोटिक उपकरणों के निष्क्रिय और सीमित घटकों के रूप में वस्त्रों का उपयोग करना है।कपड़ा आधारित एक्चुएटर इस श्रेणी में आते हैं, जहां कपड़े का निर्माण आम तौर पर एक बाहरी कंटेनर के रूप में किया जाता है जिसमें आंतरिक नली या कक्ष होता है, जो एक नरम फाइबर प्रबलित एक्चुएटर बनाता है।जब किसी बाहरी वायवीय या हाइड्रोलिक स्रोत के अधीन किया जाता है, तो ये नरम एक्चुएटर अपनी मूल संरचना और विन्यास के आधार पर आकार में परिवर्तन से गुजरते हैं, जिसमें बढ़ाव, झुकना या मुड़ना शामिल है।उदाहरण के लिए, तल्मन एट अल।चाल28 को बहाल करने के लिए तल के लचीलेपन की सुविधा के लिए कपड़े की जेबों की एक श्रृंखला से युक्त आर्थोपेडिक टखने के कपड़े पेश किए गए हैं।अलग-अलग विस्तारशीलता वाली कपड़ा परतों को अनिसोट्रोपिक मूवमेंट 29 बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है।ओमनीस्किन्स - विभिन्न प्रकार के नरम एक्चुएटर्स और सब्सट्रेट सामग्रियों से बनी नरम रोबोटिक खालें निष्क्रिय वस्तुओं को बहुक्रियाशील सक्रिय रोबोटों में बदल सकती हैं जो विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए मल्टी-मोडल मूवमेंट और विरूपण कर सकती हैं।झू एट अल.एक तरल ऊतक मांसपेशी शीट31 विकसित की है जो बढ़ाव, झुकने और विभिन्न विरूपण गति उत्पन्न कर सकती है।बकनर एट अल.सक्रियण, संवेदन और परिवर्तनीय कठोरता32 जैसे कई कार्यों के साथ रोबोटिक ऊतक बनाने के लिए कार्यात्मक फाइबर को पारंपरिक ऊतकों में एकीकृत करें।इस श्रेणी की अन्य विधियाँ इन पेपर 21, 33, 34, 35 में पाई जा सकती हैं।
सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र में वस्त्रों के बेहतर गुणों का उपयोग करने के लिए एक हालिया दृष्टिकोण पारंपरिक कपड़ा निर्माण विधियों जैसे कि बुनाई, बुनाई और बुनाई विधियों21,36,37 का उपयोग करके स्मार्ट वस्त्र बनाने के लिए प्रतिक्रियाशील या उत्तेजना-उत्तरदायी फिलामेंट्स का उपयोग करना है।सामग्री की संरचना के आधार पर, प्रतिक्रियाशील यार्न विद्युत, तापीय या दबाव क्रिया के अधीन होने पर आकार में परिवर्तन का कारण बनता है, जिससे कपड़े का विरूपण होता है।इस दृष्टिकोण में, जहां पारंपरिक वस्त्रों को एक नरम रोबोटिक प्रणाली में एकीकृत किया जाता है, कपड़ा का पुन: आकार बाहरी परत के बजाय आंतरिक परत (यार्न) पर होता है।जैसे, स्मार्ट टेक्सटाइल्स मल्टीमॉडल मूवमेंट, प्रोग्रामेबल विरूपण, स्ट्रेचेबिलिटी और कठोरता को समायोजित करने की क्षमता के मामले में उत्कृष्ट हैंडलिंग प्रदान करते हैं।उदाहरण के लिए, आकार स्मृति मिश्र धातु (एसएमए) और आकार स्मृति पॉलिमर (एसएमपी) को थर्मल उत्तेजना के माध्यम से सक्रिय रूप से उनके आकार को नियंत्रित करने के लिए कपड़ों में शामिल किया जा सकता है, जैसे हेमिंग38, शिकन हटाना36,39, स्पर्श और स्पर्श प्रतिक्रिया40,41, साथ ही अनुकूली पहनने योग्य वस्त्र.उपकरण 42 .हालाँकि, हीटिंग और शीतलन के लिए थर्मल ऊर्जा के उपयोग के परिणामस्वरूप धीमी प्रतिक्रिया और कठिन शीतलन और नियंत्रण होता है।हाल ही में, हिरामित्सु एट अल।मैककिबेन की महीन मांसपेशियां43,44, वायवीय कृत्रिम मांसपेशियां, बुनाई संरचना45 को बदलकर सक्रिय वस्त्रों के विभिन्न रूपों को बनाने के लिए ताना धागे के रूप में उपयोग की जाती हैं।यद्यपि यह दृष्टिकोण उच्च बल प्रदान करता है, मैककिबेन मांसपेशी की प्रकृति के कारण, इसके विस्तार की दर सीमित है (<50%) और छोटा आकार प्राप्त नहीं किया जा सकता है (व्यास <0.9 मिमी)।इसके अलावा, बुनाई के तरीकों से स्मार्ट कपड़ा पैटर्न बनाना मुश्किल हो गया है जिसके लिए तेज कोनों की आवश्यकता होती है।स्मार्ट टेक्सटाइल्स की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने के लिए, माज़िज़ एट अल।इलेक्ट्रोएक्टिव पहनने योग्य वस्त्र इलेक्ट्रोसेंसिटिव पॉलिमर धागे46 की बुनाई और बुनाई द्वारा विकसित किए गए हैं।
हाल के वर्षों में, एक नए प्रकार की थर्मोसेंसिव कृत्रिम मांसपेशी उभरी है, जो अत्यधिक मुड़े हुए, सस्ते पॉलिमर फाइबर47,48 से निर्मित है।ये रेशे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं और किफायती स्मार्ट कपड़े बनाने के लिए इन्हें आसानी से बुनाई या बुनाई में शामिल किया जा सकता है।प्रगति के बावजूद, इन नए ताप-संवेदनशील वस्त्रों में हीटिंग और कूलिंग की आवश्यकता (उदाहरण के लिए तापमान-नियंत्रित वस्त्र) या जटिल बुना हुआ और बुने हुए पैटर्न बनाने की कठिनाई के कारण सीमित प्रतिक्रिया समय होता है जिन्हें वांछित विकृतियां और आंदोलन उत्पन्न करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। .उदाहरणों में रेडियल विस्तार, 2डी से 3डी आकार परिवर्तन, या द्वि-दिशात्मक विस्तार शामिल हैं, जिन्हें हम यहां प्रस्तुत करते हैं।
इन उपरोक्त समस्याओं को दूर करने के लिए, यह लेख हमारे हाल ही में पेश किए गए नरम कृत्रिम मांसपेशी फाइबर (एएमएफ)49,50,51 से बना एक नया द्रव-चालित स्मार्ट कपड़ा प्रस्तुत करता है।एएमएफ अत्यधिक लचीले, स्केलेबल होते हैं और इन्हें 0.8 मिमी के व्यास और बड़ी लंबाई (कम से कम 5000 मिमी) तक कम किया जा सकता है, जो उच्च पहलू अनुपात (व्यास की लंबाई) के साथ-साथ उच्च बढ़ाव (कम से कम 245%), उच्च ऊर्जा प्रदान करते हैं। दक्षता, 20 हर्ट्ज से कम तेज प्रतिक्रिया)।स्मार्ट टेक्सटाइल बनाने के लिए, हम बुनाई और बुनाई तकनीकों के माध्यम से 2डी सक्रिय मांसपेशी परतें बनाने के लिए सक्रिय धागे के रूप में एएमएफ का उपयोग करते हैं।हमने द्रव की मात्रा और दिए गए दबाव के संदर्भ में इन "स्मार्ट" ऊतकों की विस्तार दर और संकुचन बल का मात्रात्मक अध्ययन किया है।बुनी हुई और बुनी हुई चादरों के लिए बढ़ाव बल संबंध स्थापित करने के लिए विश्लेषणात्मक मॉडल विकसित किए गए हैं।हम मल्टीमॉडल मूवमेंट के लिए स्मार्ट टेक्सटाइल्स के लिए कई मैकेनिकल प्रोग्रामिंग तकनीकों का भी वर्णन करते हैं, जिसमें द्वि-दिशात्मक विस्तार, झुकने, रेडियल विस्तार और 2 डी से 3 डी में संक्रमण की क्षमता शामिल है।अपने दृष्टिकोण की ताकत को प्रदर्शित करने के लिए, हम एएमएफ को वाणिज्यिक कपड़ों या वस्त्रों में भी एकीकृत करेंगे ताकि उनके विन्यास को निष्क्रिय से सक्रिय संरचनाओं में बदल दिया जा सके जो विभिन्न विकृतियों का कारण बनते हैं।हमने इस अवधारणा को कई प्रायोगिक परीक्षण बेंचों पर भी प्रदर्शित किया है, जिसमें वांछित अक्षरों का निर्माण करने के लिए धागों को प्रोग्रामयोग्य मोड़ना और तितलियों, चतुर्भुज संरचनाओं और फूलों जैसी वस्तुओं के आकार में आकार बदलने वाली जैविक संरचनाओं को शामिल करना शामिल है।
कपड़ा लचीली द्वि-आयामी संरचनाएं हैं जो सूत, धागों और रेशों जैसे एक-आयामी धागों से बनी होती हैं।कपड़ा मानव जाति की सबसे पुरानी प्रौद्योगिकियों में से एक है और इसके आराम, अनुकूलनशीलता, सांस लेने की क्षमता, सौंदर्यशास्त्र और सुरक्षा के कारण जीवन के सभी पहलुओं में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।स्मार्ट टेक्सटाइल्स (जिन्हें स्मार्ट कपड़े या रोबोटिक फैब्रिक के रूप में भी जाना जाता है) का उपयोग रोबोटिक अनुप्रयोगों20,52 में उनकी बड़ी क्षमता के कारण अनुसंधान में तेजी से किया जा रहा है।स्मार्ट टेक्सटाइल्स नरम वस्तुओं के साथ बातचीत करने के मानवीय अनुभव को बेहतर बनाने का वादा करते हैं, जिससे उस क्षेत्र में एक आदर्श बदलाव की शुरुआत होती है जहां विशिष्ट कार्यों को करने के लिए पतले, लचीले कपड़े की गति और ताकत को नियंत्रित किया जा सकता है।इस पेपर में, हम अपने हालिया एएमएफ49 के आधार पर स्मार्ट टेक्सटाइल के उत्पादन के लिए दो दृष्टिकोण तलाशते हैं: (1) पारंपरिक कपड़ा विनिर्माण प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके स्मार्ट टेक्सटाइल बनाने के लिए एक सक्रिय यार्न के रूप में एएमएफ का उपयोग करें;(2) वांछित गति और विरूपण को प्रोत्साहित करने के लिए पारंपरिक कपड़ों में सीधे एएमएफ डालें।
एएमएफ में हाइड्रोलिक पावर की आपूर्ति के लिए एक आंतरिक सिलिकॉन ट्यूब और इसके रेडियल विस्तार को सीमित करने के लिए एक बाहरी हेलिकल कॉइल होता है।इस प्रकार, दबाव लागू होने पर एएमएफ अनुदैर्ध्य रूप से बढ़ जाते हैं और बाद में दबाव जारी होने पर अपनी मूल लंबाई पर लौटने के लिए संकुचनशील बल प्रदर्शित करते हैं।इनमें लचीलापन, छोटा व्यास और लंबी लंबाई सहित पारंपरिक फाइबर के समान गुण हैं।हालाँकि, एएमएफ अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में आंदोलन और ताकत के मामले में अधिक सक्रिय और नियंत्रित है।स्मार्ट टेक्सटाइल्स में हाल की तीव्र प्रगति से प्रेरित होकर, यहां हम लंबे समय से स्थापित कपड़ा निर्माण तकनीक (चित्रा 1) में एएमएफ लागू करके स्मार्ट टेक्सटाइल्स के उत्पादन के लिए चार प्रमुख दृष्टिकोण प्रस्तुत करते हैं।
पहला तरीका है बुनाई.हम एक प्रतिक्रियाशील बुना हुआ कपड़ा तैयार करने के लिए बाना बुनाई तकनीक का उपयोग करते हैं जो हाइड्रॉलिक रूप से सक्रिय होने पर एक दिशा में खुलता है।बुनी हुई चादरें बहुत लचीली और फैलने योग्य होती हैं लेकिन बुनी हुई चादरों की तुलना में अधिक आसानी से सुलझ जाती हैं।नियंत्रण विधि के आधार पर, एएमएफ अलग-अलग पंक्तियाँ या पूर्ण उत्पाद बना सकता है।फ्लैट शीट के अलावा, ट्यूबलर बुनाई पैटर्न भी एएमएफ खोखले संरचनाओं के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं।दूसरी विधि बुनाई है, जहां हम एक आयताकार बुनी हुई शीट बनाने के लिए ताने और बाने के रूप में दो एएमएफ का उपयोग करते हैं जो दो दिशाओं में स्वतंत्र रूप से विस्तार कर सकती है।बुनी हुई चादरें बुनी हुई चादरों की तुलना में अधिक नियंत्रण (दोनों दिशाओं में) प्रदान करती हैं।हम एक सरल बुनी हुई शीट बनाने के लिए पारंपरिक धागे से एएमएफ भी बुनते हैं जिसे केवल एक दिशा में ही खोला जा सकता है।तीसरी विधि - रेडियल विस्तार - बुनाई तकनीक का एक प्रकार है, जिसमें एएमपी एक आयत में नहीं, बल्कि एक सर्पिल में स्थित होते हैं, और धागे रेडियल बाधा प्रदान करते हैं।इस मामले में, इनलेट दबाव के तहत ब्रैड रेडियल रूप से फैलता है।चौथा तरीका यह है कि वांछित दिशा में झुकने की गति पैदा करने के लिए एएमएफ को निष्क्रिय कपड़े की शीट पर चिपका दिया जाए।हमने एएमएफ को उसके किनारे के चारों ओर चलाकर निष्क्रिय ब्रेकआउट बोर्ड को एक सक्रिय ब्रेकआउट बोर्ड में पुन: कॉन्फ़िगर किया है।एएमएफ की यह प्रोग्राम योग्य प्रकृति जैव-प्रेरित आकार-परिवर्तनकारी नरम संरचनाओं के लिए अनगिनत संभावनाएं खोलती है जहां हम निष्क्रिय वस्तुओं को सक्रिय वस्तुओं में बदल सकते हैं।यह विधि सरल, आसान और तेज़ है, लेकिन प्रोटोटाइप की लंबी उम्र से समझौता कर सकती है।पाठक को साहित्य में अन्य दृष्टिकोणों के बारे में बताया जाता है जो प्रत्येक ऊतक संपत्ति 21,33,34,35 की ताकत और कमजोरियों का विवरण देते हैं।
पारंपरिक कपड़े बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिकांश धागों या धागों में निष्क्रिय संरचनाएं होती हैं।इस काम में, हम अपने पहले से विकसित एएमएफ का उपयोग करते हैं, जो मीटर की लंबाई और सबमिलीमीटर व्यास तक पहुंच सकता है, ताकि व्यापक अनुप्रयोगों के लिए बुद्धिमान और सक्रिय कपड़े बनाने के लिए पारंपरिक निष्क्रिय कपड़ा यार्न को एएफएम से बदल दिया जा सके।निम्नलिखित अनुभाग स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइप बनाने के विस्तृत तरीकों का वर्णन करते हैं और उनके मुख्य कार्यों और व्यवहारों को प्रस्तुत करते हैं।
हमने बाना बुनाई तकनीक (चित्र 2ए) का उपयोग करके तीन एएमएफ जर्सियां ​​हस्तनिर्मित कीं।एएमएफ और प्रोटोटाइप के लिए सामग्री चयन और विस्तृत विनिर्देश विधि अनुभाग में पाए जा सकते हैं।प्रत्येक एएमएफ एक घुमावदार पथ (जिसे मार्ग भी कहा जाता है) का अनुसरण करता है जो एक सममित लूप बनाता है।प्रत्येक पंक्ति के लूप उनके ऊपर और नीचे की पंक्तियों के लूपों से तय होते हैं।पाठ्यक्रम के लंबवत एक स्तंभ के छल्ले एक शाफ्ट में संयुक्त होते हैं।हमारे बुने हुए प्रोटोटाइप में प्रत्येक पंक्ति में सात टाँके (या सात टाँके) की तीन पंक्तियाँ हैं।ऊपर और नीचे के छल्ले स्थिर नहीं हैं, इसलिए हम उन्हें संबंधित धातु की छड़ों से जोड़ सकते हैं।पारंपरिक धागों की तुलना में एएमएफ की अधिक कठोरता के कारण बुने हुए प्रोटोटाइप पारंपरिक बुने हुए कपड़ों की तुलना में अधिक आसानी से खुल जाते हैं।इसलिए, हमने आसन्न पंक्तियों के छोरों को पतली लोचदार डोरियों से बांध दिया।
विभिन्न एएमएफ कॉन्फ़िगरेशन के साथ विभिन्न स्मार्ट टेक्सटाइल प्रोटोटाइप लागू किए जा रहे हैं।(ए) तीन एएमएफ से बनी बुना हुआ चादर।(बी) दो एएमएफ की द्विदिश बुना शीट।(सी) एएमएफ और ऐक्रेलिक यार्न से बनी एक यूनिडायरेक्शनल बुनी हुई शीट 500 ग्राम का भार सहन कर सकती है, जो इसके वजन (2.6 ग्राम) का 192 गुना है।(डी) रेडियल बाधा के रूप में एक एएमएफ और सूती धागे के साथ रेडियल रूप से विस्तारित संरचना।विस्तृत विवरण विधियाँ अनुभाग में पाए जा सकते हैं।
यद्यपि बुनाई के ज़िगज़ैग लूप अलग-अलग दिशाओं में फैल सकते हैं, हमारा प्रोटोटाइप बुनाई यात्रा की दिशा में सीमाओं के कारण दबाव में मुख्य रूप से लूप की दिशा में फैलता है।प्रत्येक एएमएफ का लंबा होना बुना हुआ शीट के कुल क्षेत्रफल के विस्तार में योगदान देता है।विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर, हम तीन अलग-अलग द्रव स्रोतों (चित्रा 2 ए) से स्वतंत्र रूप से या 1 से 3 द्रव वितरक के माध्यम से एक द्रव स्रोत से एक साथ तीन एएमएफ को नियंत्रित कर सकते हैं।अंजीर पर.2ए एक बुना हुआ प्रोटोटाइप का एक उदाहरण दिखाता है, जिसका प्रारंभिक क्षेत्र तीन एएमपी (1.2 एमपीए) पर दबाव लागू करते समय 35% बढ़ गया।विशेष रूप से, एएमएफ अपनी मूल लंबाई49 के कम से कम 250% का उच्च बढ़ाव प्राप्त करता है, इसलिए बुना हुआ चादरें वर्तमान संस्करणों की तुलना में और भी अधिक फैल सकती हैं।
हमने सादे बुनाई तकनीक (चित्रा 2बी) का उपयोग करके दो एएमएफ से बनी द्विदिश बुनाई शीट भी बनाईं।एएमएफ ताना और बाना समकोण पर आपस में जुड़े हुए हैं, जिससे एक सरल क्रिस-क्रॉस पैटर्न बनता है।हमारे प्रोटोटाइप बुनाई को संतुलित सादे बुनाई के रूप में वर्गीकृत किया गया था क्योंकि ताना और बाना दोनों सूत एक ही सूत के आकार से बनाए गए थे (विवरण के लिए विधि अनुभाग देखें)।सामान्य धागों के विपरीत, जो तेज मोड़ बना सकते हैं, बुनाई पैटर्न के दूसरे धागे पर लौटते समय लागू एएमएफ को एक निश्चित झुकने वाले त्रिज्या की आवश्यकता होती है।इसलिए, एएमपी से बनी बुनी हुई चादरों का घनत्व पारंपरिक बुने हुए वस्त्रों की तुलना में कम होता है।एएमएफ-प्रकार एस (बाहरी व्यास 1.49 मिमी) का न्यूनतम झुकने वाला त्रिज्या 1.5 मिमी है।उदाहरण के लिए, इस लेख में हम जो प्रोटोटाइप बुनाई प्रस्तुत कर रहे हैं, उसमें 7×7 थ्रेड पैटर्न है, जहां प्रत्येक चौराहे को पतली लोचदार कॉर्ड की एक गाँठ के साथ स्थिर किया जाता है।उसी बुनाई तकनीक का उपयोग करके, आप अधिक किस्में प्राप्त कर सकते हैं।
जब संबंधित एएमएफ को द्रव दबाव प्राप्त होता है, तो बुनी हुई शीट ताने या बाने की दिशा में अपने क्षेत्र का विस्तार करती है।इसलिए, हमने दो एएमपी पर लागू इनलेट दबाव की मात्रा को स्वतंत्र रूप से बदलकर ब्रेडेड शीट (लंबाई और चौड़ाई) के आयामों को नियंत्रित किया।अंजीर पर.2बी एक बुना हुआ प्रोटोटाइप दिखाता है जो एक एएमपी (1.3 एमपीए) पर दबाव डालते समय अपने मूल क्षेत्र के 44% तक विस्तारित हो गया।दो एएमएफ पर एक साथ दबाव की कार्रवाई के साथ, क्षेत्र में 108% की वृद्धि हुई।
हमने एकल एएमएफ से एक यूनिडायरेक्शनल बुनी हुई शीट भी बनाई है जिसमें बाने के रूप में ताना और ऐक्रेलिक यार्न का उपयोग किया गया है (चित्रा 2सी)।एएमएफ को सात ज़िगज़ैग पंक्तियों में व्यवस्थित किया जाता है और धागे एएमएफ की इन पंक्तियों को एक साथ बुनकर कपड़े की एक आयताकार शीट बनाते हैं।नरम ऐक्रेलिक धागों की वजह से यह बुना हुआ प्रोटोटाइप चित्र 2बी की तुलना में अधिक सघन था, जिससे पूरी शीट आसानी से भर गई।चूँकि हम ताने के रूप में केवल एक एएमएफ का उपयोग करते हैं, बुनी हुई शीट केवल दबाव में ताने की ओर ही फैल सकती है।चित्र 2सी एक बुने हुए प्रोटोटाइप का उदाहरण दिखाता है जिसका प्रारंभिक क्षेत्र बढ़ते दबाव (1.3 एमपीए) के साथ 65% बढ़ जाता है।इसके अलावा, यह ब्रेडेड टुकड़ा (वजन 2.6 ग्राम) 500 ग्राम का भार उठा सकता है, जो इसके द्रव्यमान का 192 गुना है।
एक आयताकार बुनी हुई शीट बनाने के लिए एएमएफ को ज़िगज़ैग पैटर्न में व्यवस्थित करने के बजाय, हमने एएमएफ का एक सपाट सर्पिल आकार बनाया, जिसे फिर एक गोल बुनी हुई शीट (चित्रा 2 डी) बनाने के लिए सूती धागे के साथ रेडियल रूप से बाधित किया गया था।एएमएफ की उच्च कठोरता प्लेट के बिल्कुल मध्य क्षेत्र को भरने को सीमित करती है।हालाँकि, यह गद्दी लोचदार धागों या लोचदार कपड़ों से बनाई जा सकती है।हाइड्रोलिक दबाव प्राप्त करने पर, एएमपी अपने अनुदैर्ध्य बढ़ाव को शीट के रेडियल विस्तार में परिवर्तित कर देता है।यह भी ध्यान देने योग्य है कि सर्पिल आकार के बाहरी और आंतरिक दोनों व्यास फिलामेंट्स की रेडियल सीमा के कारण बढ़ जाते हैं।चित्र 2डी से पता चलता है कि 1 एमपीए के लागू हाइड्रोलिक दबाव के साथ, एक गोल शीट का आकार उसके मूल क्षेत्र के 25% तक फैल जाता है।
हम यहां स्मार्ट टेक्सटाइल बनाने का दूसरा तरीका प्रस्तुत करते हैं जहां हम कपड़े के एक सपाट टुकड़े पर एएमएफ चिपकाते हैं और इसे निष्क्रिय से सक्रिय रूप से नियंत्रित संरचना में पुन: कॉन्फ़िगर करते हैं।झुकने वाली ड्राइव का डिज़ाइन आरेख अंजीर में दिखाया गया है।3ए, जहां एएमपी को बीच में मोड़ा जाता है और चिपकने वाले के रूप में दो तरफा टेप का उपयोग करके अविभाज्य कपड़े (सूती मलमल के कपड़े) की एक पट्टी से चिपका दिया जाता है।एक बार सील करने के बाद, एएमएफ का शीर्ष विस्तार करने के लिए स्वतंत्र है, जबकि नीचे टेप और कपड़े द्वारा सीमित है, जिससे पट्टी कपड़े की ओर झुकती है।हम बेंड एक्चुएटर के किसी भी हिस्से पर केवल टेप की एक पट्टी चिपकाकर उसे कहीं भी निष्क्रिय कर सकते हैं।एक निष्क्रिय खंड हिल नहीं सकता और निष्क्रिय खंड बन जाता है।
पारंपरिक कपड़ों पर एएमएफ चिपकाकर कपड़ों को दोबारा तैयार किया जाता है।(ए) एक मुड़े हुए एएमएफ को एक अविभाज्य कपड़े पर चिपकाकर बनाई गई झुकने वाली ड्राइव के लिए डिज़ाइन अवधारणा।(बी) एक्चुएटर प्रोटोटाइप का झुकना।(सी) एक आयताकार कपड़े को एक सक्रिय चार पैर वाले रोबोट में पुन: कॉन्फ़िगर करना।बेलोचदार कपड़ा: सूती जर्सी।खिंचाव कपड़ा: पॉलिएस्टर.विस्तृत विवरण विधियाँ अनुभाग में पाए जा सकते हैं।
हमने अलग-अलग लंबाई के कई प्रोटोटाइप झुकने वाले एक्चुएटर्स बनाए और झुकने की गति बनाने के लिए उन पर हाइड्रोलिक्स के साथ दबाव डाला (चित्रा 3बी)।महत्वपूर्ण रूप से, एएमएफ को एक सीधी रेखा में बिछाया जा सकता है या कई धागे बनाने के लिए मोड़ा जा सकता है और फिर उचित संख्या में धागों के साथ एक झुकने वाली ड्राइव बनाने के लिए कपड़े से चिपकाया जा सकता है।हमने निष्क्रिय ऊतक शीट को एक सक्रिय टेट्रापॉड संरचना (चित्रा 3सी) में भी परिवर्तित कर दिया, जहां हमने एक आयताकार अविभाज्य ऊतक (सूती मलमल के कपड़े) की सीमाओं को रूट करने के लिए एएमएफ का उपयोग किया।एएमपी को दो तरफा टेप के एक टुकड़े के साथ कपड़े से जोड़ा जाता है।प्रत्येक किनारे के मध्य को निष्क्रिय बनाने के लिए टेप किया जाता है, जबकि चारों कोने सक्रिय रहते हैं।स्ट्रेच फैब्रिक टॉप कवर (पॉलिएस्टर) वैकल्पिक है।दबाने पर कपड़े के चारों कोने मुड़ जाते हैं (पैरों की तरह दिखते हैं)।
हमने विकसित स्मार्ट टेक्सटाइल्स के गुणों का मात्रात्मक अध्ययन करने के लिए एक परीक्षण बेंच का निर्माण किया (तरीके अनुभाग और पूरक चित्र S1 देखें)।चूंकि सभी नमूने एएमएफ से बने थे, प्रयोगात्मक परिणामों की सामान्य प्रवृत्ति (छवि 4) एएमएफ की मुख्य विशेषताओं के अनुरूप है, अर्थात्, इनलेट दबाव आउटलेट बढ़ाव के सीधे आनुपातिक है और संपीड़न बल के व्युत्क्रमानुपाती है।हालाँकि, इन स्मार्ट कपड़ों में अद्वितीय विशेषताएं हैं जो उनके विशिष्ट विन्यास को दर्शाती हैं।
स्मार्ट टेक्सटाइल कॉन्फ़िगरेशन की विशेषताएँ।(ए, बी) इनलेट दबाव और आउटलेट बढ़ाव और बुनी हुई चादरों के लिए बल के लिए हिस्टैरिसीस वक्र।(सी) बुनी हुई चादर के क्षेत्र का विस्तार।(डी,ई) निटवेअर के लिए इनपुट दबाव और आउटपुट बढ़ाव और बल के बीच संबंध।(एफ) रेडियल रूप से विस्तारित संरचनाओं का क्षेत्र विस्तार।(जी) झुकने वाली ड्राइव की तीन अलग-अलग लंबाई के झुकने वाले कोण।
बुनी हुई शीट के प्रत्येक एएमएफ को लगभग 30% बढ़ाव उत्पन्न करने के लिए 1 एमपीए के इनलेट दबाव के अधीन किया गया था (चित्र 4ए)।हमने कई कारणों से पूरे प्रयोग के लिए इस सीमा को चुना: (1) उनके हिस्टैरिसीस वक्रों पर जोर देने के लिए एक महत्वपूर्ण बढ़ाव (लगभग 30%) बनाने के लिए, (2) विभिन्न प्रयोगों और पुन: प्रयोज्य प्रोटोटाइप से साइकिल चलाने को रोकने के लिए जिसके परिणामस्वरूप आकस्मिक क्षति या विफलता हुई।.उच्च द्रव दबाव के तहत.मृत क्षेत्र स्पष्ट रूप से दिखाई देता है, और ब्रैड तब तक गतिहीन रहता है जब तक कि इनलेट दबाव 0.3 एमपीए तक नहीं पहुंच जाता।दबाव बढ़ाव हिस्टैरिसीस प्लॉट पंपिंग और रिलीजिंग चरणों के बीच एक बड़ा अंतर दिखाता है, यह दर्शाता है कि जब बुनी हुई शीट विस्तार से संकुचन की ओर अपनी गति बदलती है तो ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण नुकसान होता है।(चित्र 4ए)।1 एमपीए का इनलेट दबाव प्राप्त करने के बाद, बुनी हुई शीट 5.6 एन (छवि 4 बी) का संकुचन बल लगा सकती है।दबाव-बल हिस्टैरिसीस प्लॉट यह भी दर्शाता है कि रीसेट वक्र दबाव निर्माण वक्र के साथ लगभग ओवरलैप होता है।बुनी हुई शीट का क्षेत्र विस्तार दोनों एएमएफ में से प्रत्येक पर लागू दबाव की मात्रा पर निर्भर करता है, जैसा कि 3डी सतह प्लॉट (चित्रा 4सी) में दिखाया गया है।प्रयोगों से यह भी पता चलता है कि एक बुनी हुई शीट 66% क्षेत्र का विस्तार कर सकती है जब इसके ताने और बाने के एएमएफ एक साथ 1 एमपीए के हाइड्रोलिक दबाव के अधीन होते हैं।
बुना हुआ शीट के लिए प्रयोगात्मक परिणाम बुने हुए शीट के समान पैटर्न दिखाते हैं, जिसमें तनाव-दबाव आरेख और ओवरलैपिंग दबाव-बल वक्र में एक विस्तृत हिस्टैरिसीस अंतर शामिल है।बुनी हुई शीट में 30% का बढ़ाव दिखा, जिसके बाद 1 एमपीए के इनलेट दबाव पर संपीड़न बल 9 एन था (चित्र 4डी, ई)।
एक गोल बुनी हुई शीट के मामले में, 1 एमपीए के तरल दबाव के संपर्क में आने के बाद इसका प्रारंभिक क्षेत्र प्रारंभिक क्षेत्र की तुलना में 25% बढ़ गया (चित्र 4एफ)।नमूने का विस्तार शुरू होने से पहले, 0.7 एमपीए तक का एक बड़ा इनलेट दबाव मृत क्षेत्र होता है।इस बड़े मृत क्षेत्र की अपेक्षा की गई थी क्योंकि नमूने बड़े एएमएफ से बनाए गए थे जिन्हें अपने प्रारंभिक तनाव पर काबू पाने के लिए उच्च दबाव की आवश्यकता थी।अंजीर पर.4एफ यह भी दर्शाता है कि रिलीज वक्र लगभग दबाव वृद्धि वक्र के साथ मेल खाता है, जो डिस्क आंदोलन को स्विच करने पर थोड़ी ऊर्जा हानि का संकेत देता है।
तीन झुकने वाले एक्चुएटर्स (ऊतक पुनर्संरचना) के प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि उनके हिस्टैरिसीस वक्रों में एक समान पैटर्न (चित्रा 4 जी) होता है, जहां वे उठाने से पहले 0.2 एमपीए तक के इनलेट दबाव मृत क्षेत्र का अनुभव करते हैं।हमने तीन बेंडिंग ड्राइव (L20, L30 और L50 मिमी) पर समान मात्रा में तरल (0.035 मिली) लगाया।हालाँकि, प्रत्येक एक्चुएटर ने अलग-अलग दबाव शिखर का अनुभव किया और अलग-अलग झुकने वाले कोण विकसित किए।L20 और L30 मिमी एक्चुएटर्स ने 0.72 और 0.67 MPa के इनलेट दबाव का अनुभव किया, जो क्रमशः 167° और 194° के झुकने वाले कोण तक पहुंच गया।सबसे लंबी झुकने वाली ड्राइव (लंबाई 50 मिमी) ने 0.61 एमपीए का दबाव झेला और 236° के अधिकतम झुकने वाले कोण तक पहुंच गई।दबाव कोण हिस्टैरिसीस प्लॉट ने तीनों झुकने वाली ड्राइव के लिए दबाव और रिलीज वक्र के बीच अपेक्षाकृत बड़े अंतराल का भी खुलासा किया।
उपरोक्त स्मार्ट टेक्सटाइल कॉन्फ़िगरेशन के लिए इनपुट वॉल्यूम और आउटपुट गुणों (बढ़ाव, बल, क्षेत्र विस्तार, झुकने का कोण) के बीच संबंध पूरक चित्र S2 में पाया जा सकता है।
पिछले अनुभाग में प्रयोगात्मक परिणाम एएमएफ नमूनों के लागू इनलेट दबाव और आउटलेट बढ़ाव के बीच आनुपातिक संबंध को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करते हैं।एएमबी जितना अधिक मजबूत होता है, उतना ही अधिक बढ़ाव विकसित होता है और उतनी ही अधिक लोचदार ऊर्जा जमा होती है।इसलिए, यह जितना अधिक संपीड़न बल लगाता है।परिणामों से यह भी पता चला कि जब इनलेट दबाव पूरी तरह से हटा दिया गया तो नमूने अपने अधिकतम संपीड़न बल तक पहुंच गए।इस खंड का उद्देश्य विश्लेषणात्मक मॉडलिंग और प्रयोगात्मक सत्यापन के माध्यम से बुना हुआ और बुने हुए चादरों की लम्बाई और अधिकतम संकोचन बल के बीच सीधा संबंध स्थापित करना है।
एकल एएमएफ का अधिकतम सिकुड़न बल फॉउट (इनलेट दबाव पी = 0 पर) रेफरी 49 में दिया गया था और निम्नानुसार पुन: प्रस्तुत किया गया था:
उनमें से, α, E, और A0 क्रमशः स्ट्रेचिंग कारक, यंग मापांक और सिलिकॉन ट्यूब के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र हैं;k सर्पिल कुंडली का कठोरता गुणांक है;x और li ऑफसेट और प्रारंभिक लंबाई हैं।एएमपी, क्रमशः।
सही समीकरण.(1) उदाहरण के तौर पर बुनी हुई और बुनी हुई चादरें लें (चित्र 5ए, बी)।बुने हुए उत्पाद Fkv और बुने हुए उत्पाद Fwh की सिकुड़न ताकतें क्रमशः समीकरण (2) और (3) द्वारा व्यक्त की जाती हैं।
जहां mk लूपों की संख्या है, φp इंजेक्शन के दौरान बुने हुए कपड़े का लूप कोण है (चित्र 5A), mh धागों की संख्या है, θhp इंजेक्शन के दौरान बुने हुए कपड़े का जुड़ाव कोण है (चित्र 5B), εkv εwh बुना हुआ शीट और बुना हुआ शीट का विरूपण है, F0 सर्पिल कुंडल का प्रारंभिक तनाव है।समीकरण की विस्तृत व्युत्पत्ति.(2) और (3) सहायक जानकारी में पाए जा सकते हैं।
बढ़ाव-बल संबंध के लिए एक विश्लेषणात्मक मॉडल बनाएं।(ए,बी) क्रमशः बुनी और बुनी हुई चादरों के लिए विश्लेषणात्मक मॉडल चित्रण।(सी,डी) बुने हुए और बुने हुए चादरों के लिए विश्लेषणात्मक मॉडल और प्रयोगात्मक डेटा की तुलना।आरएमएसई रूट माध्य वर्ग त्रुटि।
विकसित मॉडल का परीक्षण करने के लिए, हमने चित्र 2ए में बुने हुए पैटर्न और चित्र 2बी में बुने हुए नमूनों का उपयोग करके बढ़ाव प्रयोग किए।संकुचन बल को 0% से 50% तक प्रत्येक लॉक किए गए विस्तार के लिए 5% वृद्धि में मापा गया था।पांच परीक्षणों का माध्य और मानक विचलन चित्र 5सी (बुनना) और चित्र 5डी (बुनना) में प्रस्तुत किया गया है।विश्लेषणात्मक मॉडल के वक्रों का वर्णन समीकरणों द्वारा किया जाता है।पैरामीटर (2) और (3) तालिका में दिए गए हैं।1. नतीजे बताते हैं कि विश्लेषणात्मक मॉडल निटवेअर के लिए 0.34 एन की मूल माध्य वर्ग त्रुटि (आरएमएसई), बुने हुए एएमएफ एच (क्षैतिज दिशा) के लिए 0.21 एन और 0.17 एन के साथ संपूर्ण बढ़ाव सीमा पर प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छे समझौते में है। बुने हुए एएमएफ के लिए।वी (ऊर्ध्वाधर दिशा)।
बुनियादी आंदोलनों के अलावा, प्रस्तावित स्मार्ट टेक्सटाइल्स को एस-बेंड, रेडियल संकुचन और 2डी से 3डी विरूपण जैसे अधिक जटिल आंदोलनों को प्रदान करने के लिए यांत्रिक रूप से प्रोग्राम किया जा सकता है।हम यहां फ्लैट स्मार्ट टेक्सटाइल्स को वांछित संरचनाओं में प्रोग्राम करने के लिए कई तरीके प्रस्तुत करते हैं।
डोमेन को रैखिक दिशा में विस्तारित करने के अलावा, मल्टीमॉडल मूवमेंट (छवि 6 ए) बनाने के लिए यूनिडायरेक्शनल बुनी हुई चादरों को यांत्रिक रूप से प्रोग्राम किया जा सकता है।हम ब्रेडेड शीट के विस्तार को झुकने की गति के रूप में पुन: कॉन्फ़िगर करते हैं, इसके एक चेहरे (ऊपर या नीचे) को सिलाई धागे से रोकते हैं।दबाव में चादरें बंधी हुई सतह की ओर झुक जाती हैं।अंजीर पर.6ए बुने हुए पैनलों के दो उदाहरण दिखाता है जो एस-आकार के हो जाते हैं जब एक आधा ऊपर की तरफ तंग होता है और दूसरा आधा नीचे की तरफ तंग होता है।वैकल्पिक रूप से, आप एक गोलाकार झुकने वाली गति बना सकते हैं जहां केवल पूरा चेहरा ही सीमित हो।एक यूनिडायरेक्शनल ब्रेडेड शीट को उसके दोनों सिरों को एक ट्यूबलर संरचना में जोड़कर एक संपीड़न आस्तीन में भी बनाया जा सकता है (चित्र 6बी)।आस्तीन को किसी व्यक्ति की तर्जनी पर संपीड़न प्रदान करने के लिए पहना जाता है, जो दर्द से राहत देने या परिसंचरण में सुधार करने के लिए मालिश चिकित्सा का एक रूप है।इसे शरीर के अन्य अंगों जैसे कि हाथ, कूल्हों और पैरों में फिट करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।
एक दिशा में चादरें बुनने की क्षमता।(ए) सिलाई धागों के आकार की प्रोग्रामयोग्यता के कारण विकृत संरचनाओं का निर्माण।(बी) उंगली संपीड़न आस्तीन।(सी) ब्रेडेड शीट का एक और संस्करण और अग्रबाहु संपीड़न आस्तीन के रूप में इसका कार्यान्वयन।(डी) एएमएफ प्रकार एम, ऐक्रेलिक यार्न और वेल्क्रो पट्टियों से बना एक और संपीड़न आस्तीन प्रोटोटाइप।विस्तृत विवरण विधियाँ अनुभाग में पाए जा सकते हैं।
चित्र 6सी एक एकल एएमएफ और सूती धागे से बनी यूनिडायरेक्शनल बुनी हुई शीट का एक और उदाहरण दिखाता है।शीट क्षेत्रफल में 45% तक फैल सकती है (1.2 एमपीए पर) या दबाव में गोलाकार गति का कारण बन सकती है।हमने शीट के अंत में चुंबकीय पट्टियाँ जोड़कर एक अग्रबाहु संपीड़न आस्तीन बनाने के लिए एक शीट भी शामिल की है।एक अन्य प्रोटोटाइप फोरआर्म कम्प्रेशन स्लीव चित्र 6डी में दिखाया गया है, जिसमें मजबूत संपीड़न बल उत्पन्न करने के लिए टाइप एम एएमएफ (तरीके देखें) और ऐक्रेलिक यार्न से यूनिडायरेक्शनल ब्रेडेड शीट बनाई गई थीं।हमने आसानी से जोड़ने और अलग-अलग हाथों के आकार के लिए शीटों के सिरों को वेल्क्रो पट्टियों से सुसज्जित किया है।
संयम तकनीक, जो रैखिक विस्तार को झुकने की गति में परिवर्तित करती है, द्विदिशात्मक बुनी हुई चादरों पर भी लागू होती है।हम ताने-बाने से बुनी हुई चादरों के एक तरफ सूती धागे बुनते हैं ताकि वे फैलें नहीं (चित्र 7ए)।इस प्रकार, जब दो एएमएफ एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से हाइड्रोलिक दबाव प्राप्त करते हैं, तो शीट एक मनमानी त्रि-आयामी संरचना बनाने के लिए द्वि-दिशात्मक झुकने की गति से गुजरती है।दूसरे दृष्टिकोण में, हम द्वि-दिशात्मक बुनी हुई चादरों की एक दिशा को सीमित करने के लिए अविस्तार्य धागों का उपयोग करते हैं (चित्र 7बी)।इस प्रकार, जब संबंधित एएमएफ दबाव में होता है तो शीट स्वतंत्र रूप से झुकने और खिंचने की गति कर सकती है।अंजीर पर.7बी एक उदाहरण दिखाता है जिसमें एक द्वि-दिशात्मक ब्रेडेड शीट को झुकने की गति के साथ मानव उंगली के दो-तिहाई हिस्से को लपेटने के लिए नियंत्रित किया जाता है और फिर स्ट्रेचिंग गति के साथ बाकी हिस्से को कवर करने के लिए इसकी लंबाई बढ़ा दी जाती है।चादरों की दोतरफा आवाजाही फैशन डिजाइन या स्मार्ट कपड़ों के विकास के लिए उपयोगी हो सकती है।
द्वि-दिशात्मक बुनी हुई शीट, बुना हुआ शीट और रेडियल विस्तार योग्य डिज़ाइन क्षमताएं।(ए) द्वि-दिशात्मक मोड़ बनाने के लिए द्वि-दिशात्मक बंधुआ द्वि-दिशात्मक विकर पैनल।(बी) यूनिडायरेक्शनल रूप से बाधित द्विदिश विकर पैनल फ्लेक्स और बढ़ाव उत्पन्न करते हैं।(सी) अत्यधिक लोचदार बुना हुआ शीट, जो विभिन्न सतह वक्रता के अनुरूप हो सकता है और यहां तक ​​कि ट्यूबलर संरचनाएं भी बना सकता है।(डी) एक रेडियल रूप से विस्तारित संरचना की केंद्र रेखा का परिसीमन जो एक अतिपरवलयिक परवलयिक आकार (आलू के चिप्स) बनाता है।
हमने बुने हुए हिस्से की ऊपरी और निचली पंक्तियों के दो आसन्न छोरों को सिलाई धागे से जोड़ा ताकि यह सुलझे नहीं (चित्र 7सी)।इस प्रकार, बुनी हुई शीट पूरी तरह से लचीली होती है और विभिन्न सतह के मोड़ों, जैसे मानव हाथों और बाहों की त्वचा की सतह, के लिए अच्छी तरह से अनुकूल होती है।हमने यात्रा की दिशा में बुने हुए हिस्से के सिरों को जोड़कर एक ट्यूबलर संरचना (आस्तीन) भी बनाई।आस्तीन व्यक्ति की तर्जनी के चारों ओर अच्छी तरह लपेटती है (चित्र 7सी)।बुने हुए कपड़े की सिनुओसिटी उत्कृष्ट फिट और विकृति प्रदान करती है, जिससे इसे स्मार्ट वियर (दस्ताने, संपीड़न आस्तीन) में उपयोग करना आसान हो जाता है, आराम (फिट के माध्यम से) और चिकित्सीय प्रभाव (संपीड़न के माध्यम से) प्रदान करता है।
कई दिशाओं में 2डी रेडियल विस्तार के अलावा, गोलाकार बुनी हुई चादरों को 3डी संरचनाएं बनाने के लिए भी प्रोग्राम किया जा सकता है।हमने इसके समान रेडियल विस्तार को बाधित करने के लिए गोल चोटी की केंद्र रेखा को ऐक्रेलिक धागे से सीमित कर दिया।परिणामस्वरूप, गोल बुनी हुई शीट का मूल सपाट आकार दबाव के बाद एक अतिपरवलयिक परवलयिक आकार (या आलू के चिप्स) में बदल गया (चित्र 7डी)।आकार बदलने की इस क्षमता को एक लिफ्ट तंत्र, एक ऑप्टिकल लेंस, मोबाइल रोबोट पैरों के रूप में कार्यान्वित किया जा सकता है, या फैशन डिजाइन और बायोनिक रोबोट में उपयोगी हो सकता है।
हमने गैर-खिंचाव वाले कपड़े की एक पट्टी पर एएमएफ को चिपकाकर फ्लेक्सुरल ड्राइव बनाने के लिए एक सरल तकनीक विकसित की है (चित्र 3)।हम इस अवधारणा का उपयोग आकार प्रोग्राम करने योग्य थ्रेड बनाने के लिए करते हैं जहां हम वांछित आकार बनाने के लिए रणनीतिक रूप से एक एएमएफ में कई सक्रिय और निष्क्रिय अनुभाग वितरित कर सकते हैं।हमने चार सक्रिय फिलामेंट्स बनाए और प्रोग्राम किए जो दबाव बढ़ने पर अपना आकार सीधे से अक्षर (यूएनएसडब्ल्यू) में बदल सकते थे (पूरक छवि एस 4)।यह सरल विधि एएमएफ की विकृति को 1डी रेखाओं को 2डी आकार और संभवतः 3डी संरचनाओं में बदलने की अनुमति देती है।
इसी तरह के दृष्टिकोण में, हमने निष्क्रिय सामान्य ऊतक के एक टुकड़े को एक सक्रिय टेट्रापॉड में पुन: कॉन्फ़िगर करने के लिए एकल एएमएफ का उपयोग किया (चित्र 8ए)।रूटिंग और प्रोग्रामिंग अवधारणाएँ चित्र 3C में दिखाए गए समान हैं।हालाँकि, आयताकार चादरों के बजाय, उन्होंने चार पैरों वाले पैटर्न (कछुआ, सूती मलमल) वाले कपड़ों का उपयोग करना शुरू कर दिया।इसलिए, पैर लंबे होते हैं और संरचना को ऊंचा उठाया जा सकता है।संरचना की ऊंचाई धीरे-धीरे दबाव में बढ़ती है जब तक कि उसके पैर जमीन से लंबवत न हो जाएं।यदि इनलेट दबाव बढ़ता रहता है, तो पैर अंदर की ओर झुक जाएंगे, जिससे संरचना की ऊंचाई कम हो जाएगी।टेट्रापॉड हरकत कर सकते हैं यदि उनके पैर यूनिडायरेक्शनल पैटर्न से सुसज्जित हैं या गति हेरफेर रणनीतियों के साथ कई एएमएफ का उपयोग करते हैं।विभिन्न प्रकार के कार्यों के लिए सॉफ्ट लोकोमोशन रोबोट की आवश्यकता होती है, जिसमें जंगल की आग, ढही हुई इमारतों या खतरनाक वातावरण से बचाव और चिकित्सा दवा वितरण रोबोट शामिल हैं।
आकार बदलने वाली संरचनाएं बनाने के लिए कपड़े को पुन: कॉन्फ़िगर किया गया है।(ए) निष्क्रिय फैब्रिक शीट की सीमा पर एएमएफ को गोंद करें, इसे एक चलाने योग्य चार-पैर वाली संरचना में बदल दें।(बीडी) ऊतक पुनर्विन्यास के दो अन्य उदाहरण, निष्क्रिय तितलियों और फूलों को सक्रिय में बदलना।गैर-खिंचाव वाला कपड़ा: सादा सूती मलमल।
हम पुनर्आकार देने के लिए दो अतिरिक्त बायोप्रेरित संरचनाओं को पेश करके इस ऊतक पुनर्संरचना तकनीक की सादगी और बहुमुखी प्रतिभा का भी लाभ उठाते हैं (आंकड़े 8बी-डी)।एक नियमित एएमएफ के साथ, इन रूप-विकृत संरचनाओं को निष्क्रिय ऊतक की शीट से सक्रिय और चलाने योग्य संरचनाओं में पुन: कॉन्फ़िगर किया जाता है।मोनार्क तितली से प्रेरित होकर, हमने तितली के आकार के कपड़े (सूती मलमल) के एक टुकड़े और उसके पंखों के नीचे फंसे एएमएफ के एक लंबे टुकड़े का उपयोग करके एक बदलती तितली संरचना बनाई।जब एएमएफ दबाव में होता है, तो पंख मुड़ जाते हैं।मोनार्क बटरफ्लाई की तरह, बटरफ्लाई रोबोट के बाएँ और दाएँ पंख एक ही तरह से फड़फड़ाते हैं क्योंकि वे दोनों एएमएफ द्वारा नियंत्रित होते हैं।तितली फ्लैप केवल प्रदर्शन प्रयोजनों के लिए हैं।यह स्मार्ट बर्ड (फ़ेस्टो कॉर्प, यूएसए) की तरह उड़ नहीं सकता।हमने एक कपड़े का फूल भी बनाया (चित्र 8D) जिसमें पाँच-पाँच पंखुड़ियों की दो परतें थीं।हमने पंखुड़ियों के बाहरी किनारे के बाद प्रत्येक परत के नीचे एएमएफ रखा।प्रारंभ में, फूल पूरी तरह से खिले हुए होते हैं, सभी पंखुड़ियाँ पूरी तरह से खुली होती हैं।दबाव में, एएमएफ पंखुड़ियों को मोड़ने का कारण बनता है, जिससे वे बंद हो जाती हैं।दो एएमएफ स्वतंत्र रूप से दो परतों की गति को नियंत्रित करते हैं, जबकि एक परत की पांच पंखुड़ियां एक ही समय में मुड़ती हैं।