Le pompe integrate in un guanto
I ricercatori dell'EPFL hanno sviluppato pompe simili a fibre che consentono di intrecciare circuiti fluidici ad alta pressione nei tessuti senza una pompa esterna
Molte tecnologie assistive indossabili basate sui fluidi oggi richiedono una pompa grande e rumorosa che è poco pratica, se non impossibile, da integrare negli indumenti. Ciò porta a una contraddizione: i dispositivi indossabili sono abitualmente legati a pompe non indossabili. Ora, i ricercatori del Soft Transducers Laboratory ( LMTS (1) ) della School of Engineering hanno sviluppato una soluzione elegantemente semplice a questo dilemma.
«Vi presentiamo la prima pompa al mondo sotto forma di fibra; in sostanza, un tubo che genera la propria pressione e portata», afferma il dottor Herbert Shea (2), capo di LMTS. «Ora possiamo cucire le nostre pompe in fibra direttamente nei tessuti e nell'abbigliamento, lasciando indietro le pompe convenzionali».
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science. (3)
Leggero, potente... e lavabile
Il laboratorio di Shea ha una storia di fluidica lungimirante. Nel 2019 hanno prodotto la prima pompa estensibile al mondo.
«Questo lavoro si basa sulla nostra precedente generazione di soft pump», afferma il dottor Michael James Henry Smith (4), ricercatore post-dottorato l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (LMTS) e autore principale dello studio. «Il formato della fibra ci consente di realizzare pompe più leggere e potenti che sono intrinsecamente più compatibili con la tecnologia indossabile».
Le pompe in fibra LMTS utilizzano un principio chiamato elettroidrodinamica a iniezione di carica (EHD) per generare un flusso di fluido senza parti in movimento. Due elettrodi elicoidali incorporati nella parete della pompa ionizzano e accelerano le molecole di uno speciale liquido non conduttivo. Il movimento degli ioni e la forma dell'elettrodo generano un flusso di fluido netto in avanti, che si traduce in un funzionamento silenzioso e privo di vibrazioni e richiede solo un alimentatore e una batteria delle dimensioni di un palmo.
Per ottenere la struttura unica della pompa, i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica di fabbricazione che prevede la torsione di fili di rame e fili di poliuretano attorno a un'asta d'acciaio, per poi fonderli con il calore. Dopo aver rimosso l'asta, le fibre da 2 mm possono essere integrate nei tessuti utilizzando tecniche di tessitura e cucito standard.
Il design semplice della pompa presenta una serie di vantaggi. I materiali richiesti sono economici e prontamente disponibili e il processo di produzione può essere facilmente ampliato. Poiché la quantità di pressione generata dalla pompa è direttamente collegata alla sua lunghezza, i tubi possono essere tagliati per adattarsi all'applicazione, ottimizzando le prestazioni e riducendo al minimo il peso. Il design robusto può essere lavato anche con detergenti convenzionali.
Dagli esoscheletri alla realtà virtuale
Gli autori hanno già dimostrato come queste pompe in fibra possano essere utilizzate in nuove ed entusiasmanti tecnologie indossabili. Ad esempio, possono far circolare fluidi caldi e freddi attraverso gli indumenti per coloro che lavorano in ambienti con temperature estreme o in un ambiente terapeutico per aiutare a gestire l'infiammazione; e anche per coloro che cercano di ottimizzare le prestazioni atletiche.
«Queste applicazioni richiedono comunque tubi lunghi e, nel nostro caso, i tubi sono la pompa. Ciò significa che possiamo realizzare circuiti fluidici molto semplici e leggeri, comodi e comodi da indossare», afferma Smith.
Lo studio descrive anche muscoli artificiali realizzati con tessuto e pompe di fibre incorporate, che potrebbero essere utilizzate per alimentare esoscheletri morbidi per aiutare i pazienti a muoversi e camminare.
La pompa potrebbe persino portare una nuova dimensione nel mondo della realtà virtuale simulando la sensazione di temperatura. In questo caso, gli utenti indossano un guanto con pompe riempite di liquido caldo o freddo, che consente loro di percepire i cambiamenti di temperatura in risposta al contatto con un oggetto virtuale.
Caricato per il futuro
I ricercatori stanno già cercando di migliorare le prestazioni del loro dispositivo. «Le pompe funzionano già bene e siamo fiduciosi che con più lavoro, possiamo continuare a migliorare in aree come l'efficienza e la durata», afferma Smith. Sono già iniziati i lavori per aumentare la produzione delle pompe in fibra e l'LMTS ha anche in programma di incorporarle in dispositivi indossabili più complessi.
«Riteniamo che questa innovazione sia un punto di svolta per la tecnologia indossabile», afferma Shea.
Riferimenti:
(1) Soft Transducers Laboratory - EPFL
(2) Herbert Shea
(3) NATURE: A stretchable pump for the next generation of soft robots
Descrizione foto: Le pompe in fibra si uniscono al tessuto, Le pompe integrate in un guanto. - Credit: LMTS EPFL.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Thread-like pumps can be woven into clothes