Robottextilier för allt från andningsåterhämtning till känsel i rymden

9 november 2021

Robottextilierna har forskarna Özgun Kilic Afsar och Klas Hjort utvecklat i ett projekt tillsammans med forskare från flera olika vetenskapliga discipliner och lärosäten.

Tänk dig en konstgjord fiber som kan programmeras till att dra ihop sig och sträcka ut sig precis som mänskliga muskelfibrer. Och som är tunn och flexibel nog att kunna vävas till en bärbar textil robotmuskel. Det är OmniFiber, resultatet av ett samarbete mellan forskare på KTH, MIT Media Lab och Uppsala universitet.

Uppsalaforskarna, ledda av professor Klas Hjort vid institutionen för materialvetenskap, har främst koncentrerat sig på hur man på effektivaste vis ska kunna förmedla beröring med givare och konstgjorda muskler. Till exempel för en klapp på axeln eller en kram.

– Problemet är att de konstgjorda muskler som finns i dag kräver mycket energi och snabbt gör slut på batterier eller kräver att du inte rör dig från en fast anläggning. Jag vill att det ska vara en teknik som du kan ha överallt och som kan användas när som helst, säger Klas Hjort.

I denna första studie har utmaningen varit att integrera givare i de konstgjorda musklerna och att göra musklerna med så små slangar att de kan stickas eller vävas med i vanliga stick- och vävmaskiner, enligt Klas Hjort.

Många möjliga användningsområden

Just bärbarheten är också en av drivkrafterna för huvudförfattaren bakom projektet, KTH-doktoranden Özgun Kilic Afsar, som också är knuten till MIT. Tanken är att den artificiella muskelfibern ska kunna integreras och användas i många olika kontexter.

– Till exempel ska fibern kunna integreras i textilier vi använder varje dag, som i kläder eller interiörer för bilar. Men den har också potential att användas i utrustning till astronauter. Deras kläder är i dag klumpiga och hindrar dem från att kunna känna det de tar på utanför rymdfarkosten. En mer rättfram applikation är medicintekniska plagg avsedda för rehabilitering eller patientvård på distans, säger Özgun Kilic Afsar.

Forskarna Özgun Kilic Afsar och Klas Hjort med
underplagget som ger återkoppling på bärarens
andningsteknik. Foto: Johan Wahlgren

Forskarna har tagit fram ett stickat ”andningsunderplagg” som bärs på överkroppen och som genom haptisk feedback kan lära ut andningsteknik när man sjunger. Testobjekt och samarbetspartner i forskningsstudien har varit en operasångerska.

– Plagget kan känna av sångerskans andningsrörelser och föra över dem direkt till sångeleven. Dessa nyanserade andningsrörelser är annars svåra att uttrycka, så vi tror att tillförandet av haptisk kommunikation gör undervisningen bättre än att bara använda ord, symboler och bilder. Detta är bara en av många haptiska färdighetstillämpningar som den konstgjorda muskelfibern skulle kunna användas för i pedagogiskt syfte”, säger Özgun Kilic Afsar.

– Eftersom andning är en vital kroppsfunktion kan tekniken även användas som andningshjälp efter operationer, som andningsåterhämtning vid postcovid eller för patienter med sömnapné, säger Klas Hjort.

Tekniken bakom – så fungerar det

Ett finger hålls fram med en påträdd stickad tub.
Här en prototyp av ett förband som kan fungera som
ett flexibelt gips som kan mjukna medan läknings-
processen pågår. Denna innovation bygger på en 
variant av samma teknik. Foto: Johan Wahlgren

Så hur fungerar då tekniken bakom? Själva fibern består av ett vävt hölje som mekaniskt kan programmeras och inuti den finns en ihålig vätskefylld elastomer slang. När komprimerad luft fyller slangen uppstår mekanisk energi från den komprimerade luften och slangen drar ihop sig med kraft. Trycket och flödet av luft kontrolleras av FlowIO, en miniatyrplattform utvecklad av Ali Shtarbanov, en medförfattare till publikationen från MIT Media Lab.

En annan prototyp bygger på samma fiberteknik, denna gång placerad på fingret och tänkt att fungera som ett flexibelt gips. Det är ett enkelt tubformat nät tillverkat av OmniFiber, men nu finns det inuti en flytande metall, gallium, som smälter vid 30 grader Celsius och är fast vid rumstemperatur. Fibern fungerar därmed som ett gipsförband som håller fingret i position men som kan mjukna på begäran medan läkningsprocessen pågår.

Se filmen producerad av MIT som berättar mer om innovationen och även förklarar hur tekniken fungerar.

Hoppas bidra till sinnenas internet

Projektet är ett möte både mellan flera olika vetenskapliga discipliner och lärosäten. Det är också kopplat till ett gemensamt projekt inom ramen för Stiftelsen för Strategisk forskning som handlar om energieffektiva kroppsnätverk. Den tvärvetenskapliga miljön mellan datavetare, experter i människa-dator-interaktion och mikrosystemteknik har varit – och är – en mycket spännande och utmanande process, menar både Özgun Kilic Afsar och Klas Hjort.

I nästa steg väntar både automatisering av tillverkningsprocessen för att kunna skapa längre fibertrådar och ytterligare undersökningar för framtida kommersialisering.
– Sedan starten har min passion varit att förverkliga idéen om mikrofluida textilmuskler och att integrera dem i vår vardag för att kunna åstadkomma en sömlös teknologi för ”sinnenas internet”, säger Özgun Kilic Afsar.

Klas Hjort ser fram emot att fortsätta bidra till projektet. Framför allt när det gäller att effektivisera framtagandet av själva ”muskelfibrerna” och förfina deras egenskaper.
– Vi kommer att använda pneumatik och hydraulik för de kraftigaste musklerna men andra energieffektiva och miniatyriserade elektrostatiska servomotorer för att styra musklerna med hög upplösning, säger han och tillägger:
– Målet är att bidra till framtidens ”sinnenas internet”, där beröring är ett av de viktigaste sätten att förmedla information mellan människor men i längden även mellan människa och maskin.

Anna Hedlund

Prenumerera på Uppsala universitets nyhetsbrev

Namn
E-postadress
Senast uppdaterad: 2021-05-31