在过去的几十年里，电子工程师不断开发出越来越灵活、通用和高性能的设备，广泛应用于现实世界。其中一些技术创新旨在创造智能和传感纺织品，以用于制造有弹性的机器人系统、医疗设备和可穿戴技术。
图片来源：《Cell Reports Physical Science》
据外媒报道，江南大学（Jiangnan University）孙丰鑫研究团队和东华大学（Donghua University）杜赵群研究团队设计出一种具有定向驱动、双向弯曲和嵌入式自感应功能的经纬交织结构软体驱动器。通过经纬双系统的机织技术对纱线分组进行性能调控和在线定制设计，显著提升了驱动器的可操控性、变形灵活性和多功能性。相关成果以“Yarn-grouping weaving soft robotics with directional inflation, bilateral bending, and self-sensing for healthcare”为题发表在《Cell Reports Physical Science》期刊上。江南大学软纤维材料与物理实验室研究生李浩云为论文第一作者。
该论文的通讯作者孙丰鑫博士表示：“3D打印和弹性体铸造等传统方法并不能完全满足软体机器人和可穿戴设备对适应性和舒适性的需求，特别是在开发不仅灵活实用，而且成本低、易于定制和可扩展的集成设备方面。受‘从纱线到衣服’制造方法的启发，我们利用双系统纺织技术将传感功能和驱动模式无缝集成到软体机器人的‘衣服’中。”
孙博士及其同事采用的技术可在纺织时将经纱和纬纱（用于将线转化为织物的两个基本组件）排列成清晰的平面布局。这意味着，通过精心编排纱线的排列和组成，就能实现纺织驱动器的定制。
孙博士表示：“我们的方法实现了个性化变形和实时传感反馈，使得该纺织驱动器在康复可穿戴设备等应用中特别有效。传感纱线的制造非常简单，类似于编织发型，使用工业编织机将导电纱线以螺旋模式编织在弹力芯纱周围，形成电流通路。”
当用于纺织驱动器的纱线被拉伸时，由于导电纱线螺旋分离，电流可以流经的通路被切断。这种结构上的变化反过来又会影响流经纱线的电信号，从而实现应变检测。
孙博士表示：“我们开发的传感纱线可直接集成到纺织驱动器的织物中。随着驱动器的移动，纱线中的电阻会发生变化，这些数据可用于了解驱动器的性能。”
使用该方法生产出的传感纱线其独特之处在于，它们是完全编织在织物中的。这意味着它们不会增加纺织品的重量、刚度或体积，从而使驱动器能够监测自身的运动，而不会失去灵活性和适应性。
孙博士表示：“得益于双系统编织技术，我们可以定制编织气动驱动器，使其仅在我们预期的方向上充气，从而有效解决软体机器人领域面临的‘气球式’膨胀问题。此外，我们的编织策略为制造多形态软驱动器提供了灵活且可扩展的解决方案，例如，只需调整纱线张力、密度和织造结构，就能在单一气源下实现双向弯曲、扭转和螺旋。”
研究人员证明了这种纱线用于开发双向弯曲驱动器的可行性，这种驱动器可以用作软体夹持器，以模仿动物的运动，例如模仿章鱼触手的伸展，将物体拉近并抓住它们。
