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  不同于傳統(tǒng)的剛性機器人，近年來由柔性材料構筑的軟體氣動機器人，在使用中更具靈活性、柔韌性，與人體和脆弱的物品交互過程中具有更高的安全性，因而在智能可穿戴設備、人機交互及非結構化環(huán)境與復雜操控系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。但目前普遍應用于氣動驅動器的柔性膜材料存在多向大變形、非線性彈性、親膚性差以及制備工藝復雜等問題，因而限制了氣動軟體機器人的體積比功率、致動速度、可操控性、可擴展性及其在可穿戴領域的應用。

  圖3對比了夾心襯墊針織基的驅動器和傳統(tǒng)的雙面針織基驅動器的驅動性能。夾心襯墊針織基的驅動器具有較好的阻塞力輸出和曲率變形，其輸出力和彎曲曲率均比傳統(tǒng)雙面針織基驅動器高出約6倍，而體積膨脹和驅動時間僅為傳統(tǒng)針織基驅動器的0.22和0.16倍，表明所開發(fā)的驅動器同時具備較好的彎曲柔度和工作能力。此外，設計的驅動器體現了較好的循環(huán)驅動效果和優(yōu)良的耐磨性與力學魯棒性。

  圖4表明，基于改進的拉壓雙模量理論可以有效預測驅動器的彎曲變形情況，進而闡明幾何參量和力學參量如何影響驅動器的運動形式，然后可反向對紡織軟體驅動器的變形曲率和運動進行簡單的編程設計，實現了轉曲、螺旋、彎曲等多重運動形式，設計出通過單一氣源控制的順次變形的軟體抓取機器人，避免了復雜的連接結構和多源氣動控制系統(tǒng)。 

  所設計的夾心襯墊針織基驅動器具有柔軟、親膚、舒適的特性，可作為輔助人體肢體運動或手指運動的人工肌肉動力源，通過反復施壓和釋壓，使驅動器膨脹彎曲和回復，從而驅動關節(jié)完成運動。此外，還可以通過不同紡織結構的組合設計，實現施壓過程中驅動器的不同膨脹變形，可以針對人體穴位進行按摩和理療。

  該研究利用花式紗線形態(tài)和夾心襯墊針織結構的分級設計，實現了超各向異性和雙模量的軟體氣動機器人的制造，并展現了高效的驅動變形，同時克服了軟體驅動器的柔軟性和輸出力難以兼顧的問題。此外，這種利用紡織結構開發(fā)軟體驅動器的方法，具有極好的可擴展性和設計簡便性，不用復雜的成膜技術和模具設計，便可以實現低成本、大尺寸、不同形態(tài)、多重運動模式的氣動驅動器的可編程制備。該研究可為基于幾何與結構設計人工肌肉驅動器提供新的開發(fā)范式，有望促進柔性結構在軟體驅動器領域的新發(fā)展。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202210351

  下載：Bioinspired and Hierarchically Textile-Structured Soft Actuators for Healthcare Wearables