Используя неудачу в качестве актива: как исследователи внедряют умнее носимые технологии

В мире мягкой робототехники и носимой технологии листовые жидкости революционизируют, как разработаны легкие, гибкие и многофункциональные системы. Но с инновациями возникают проблемы, особенно в понимании и контроле отказа в этих устройствах.

В новом исследовании инженеров-механиков в Школе инженерных и вычислительных наук в Университете Райса исследуется, как запрограммированный сбой в тепловых системах, основанных на листах, может использоваться для защиты устройств, обеспечивает сложное секвенирование действий и даже оптимизировать механизмы управления.

«Проще говоря, мы делаем мягкие, гибкие машины умнее, разрабатывая их внутренние компоненты, чтобы намеренно потерпеть неудачу в четком манере»,-сказал Даниэль Дж. Престон, автор-корреспондент и доцент кафедры машиностроения. «При этом полученные системы могут восстанавливаться после скачков давления и даже выполнять несколько задач, используя один управляющий вход».

Исследование, опубликованное в Клет сообщает о физической наукефокусируется на том, как тонкие, гибкие листы — сбитыми и выборочно связаны с образованием внутренних жидкостей — отвечают на изменения давления, и, в частности, как они терпят неудачу, когда внутренние давления становятся слишком высокими. Изучая адгезию между текстильными листами, исследовательская группа смогла предсказать максимальное рабочее давление и определить, как такие факторы, как геометрия связи и характеристики выбора материала.

«Наше исследование обеспечивает основу для прогнозирования и использования сбоев в жидких системах на основе листов»,-сказала София Урбина, сопоставщик исследования, докторская студентка второго курса в лаборатории Престона и партнера по драгоценным камням. «Вместо того, чтобы рассматривать неудачу как ограничение, мы исследовали, как его можно использовать для повышения функциональности, делая эти устройства более умными и эффективными».

Благодаря тщательному тестированию, включая тесты T-PEEL для оценки прочности адгезии и испытаний на взрывы для оценки сбоя при повышенных давлениях, исследователи идентифицировали три различных режима отказа, продиктованные стадией теплового соединения процесса производства: начальная фаза, где прочность связи увеличивается при связи Температура, плато, где прочность материала диктует сплоченной сбой, и третья фаза, где перегрев во время изготовления ухудшает целостность материала.

Эти результаты позволили исследователям разработать новый «жидкий предохранитель» — защитный компонент, который опирается на несколько связей с различными сильными сторонами и предназначен для сбоя контролируемым образом, чтобы предотвратить повреждение от скачков давления. Этот компонент, по словам исследователей, был одним из самых захватывающих результатов исследования.

«Думайте об этом, как электрический предохранитель», — сказал Престон. «Когда давление превышает установленное ограничение, плавает предохранителя, предотвращая катастрофическое повреждение всей системы. Этот жидкий предохранитель может быть легко заменен или даже восстановлен для повторного использования».

Помимо защиты, команда продемонстрировала, что эти предохранители могут быть стратегически размещены для последовательности нескольких действий внутри устройства. Например, в одном эксперименте система была разработана, чтобы сначала открутить лампочку, а затем поднять ее из гнезда — все это использовало один вход давления.

«Благодаря программированию, когда и когда происходит сбой, мы можем создавать устройства, которые« проваливаются »в новые режимы работы, выполняя несколько задач без необходимости дополнительных управляющих входов», — сказал Престон.

Приложения для этих результатов проходят далеко за пределы лаборатории. В технологии носимых технологий, жидкие сети могут быть встроены в одежду, предлагая адаптивную поддержку для реабилитационных пациентов, помогая людям с нарушениями мобильности и даже общаются с нашим чувством ощущения. В робототехнике способность последовать действия с одним входом может упростить конструкцию многофункциональных автономных систем, снижая необходимость в сложных электронных механизмах управления.

«Это исследование обеспечивает более умные, более отзывчивые плавные устройства на основе листа»,-сказал автор со-первого Адама Брошкевича, который окончил Райс с мастером науки в области машиностроения прошлой весной и сейчас находится в ВВС. «Принимая неудачу как инструмент, а не недостаток, мы можем создавать системы, которые не только более устойчивы, но и более способны».