Preston-labbet gjorde sina lätta, maskintvättbara energiuppsamlingsanordningar tuffa nog för dagligt bruk. Kredit:Preston Innovation Lab
Alla kunde använda en tredje arm ibland, men för vissa skulle det vara särskilt användbart.
Maskiningenjörer vid Rice Universitys George R. Brown School of Engineering har byggt en praktisk extra lem som kan greppa föremål och gå, endast driven av tryckluft. Det är en av flera idéer som de har implementerat med ett textilbaserat energiskördssystem.
De principiella robotenheterna designade och byggda av Daniel Preston, biträdande professor i maskinteknik, huvudförfattarna Rachel Shveda och Anoop Rajappan och deras team är inriktade på personer som lever med funktionshinder och är tillräckligt tuffa för dagligt bruk, sa de.
Hur projektet beskrivs i Science Advances använder luft skiljer sig från Preston-labbets nu berömda manipulation av döda spindlar som gripare. Dessa pneumatiska enheter får sin kraft från att gå.
Prototypen "arm" är ett tygstycke som kramar om kroppen när den inte används, men sträcker sig utåt när den aktiveras och har ett elastomerfoder på ytan för att behålla sitt grepp på hala föremål. För demonstrationer skulle Rice-alumnen Shveda, nu en officer i den amerikanska kustbevakningen, manövrera armen med en strömbrytare. Preston sa att framtida versioner kan ha sensorer som förutser bärarens avsikt och fullbordar rörelsen.
Förutom den krullande armen som kan greppa en kopp eller andra små föremål medan ens händer är fulla, byggde Rice lab en skjorta med ett bälgliknande manöverdon fäst vid armhålan som expanderar, vilket gör att bäraren kan plocka upp en 10-pund objekt. Att testa kläderna på en skyltdocka visade att det kunde göra det utan hjälp från mänskliga muskler.
"Census statistik säger att det finns cirka 25 miljoner vuxna i USA som har svårt att lyfta 10 pounds med sina armar", säger Rajappan, en postdoc med stöd av Rice Academy of Fellows. "Det är något vi vanligtvis gör i våra dagliga liv, plockar upp hushållsföremål eller till och med en baby."
Systemet kräver två komponenter:textilpumpar inbäddade i sulorna på gåskor som samlar lufttryck och pneumatiska ställdon som använder det trycket där det behövs. Pumparna är fyllda med polyuretanskum med öppna celler som gör att de kan återställa sin form efter varje fotfall.
Preston sa att pumpen är tillräckligt liten för att vara bekväm. "Styvheten i skummet är ungefär i nivå med en typisk skoinsats", sa han. "Vi ville se till att det här kändes som något du faktiskt skulle vilja ha inuti din sko."
Tester från Rice-labbet visade att enheterna producerar motsvarande 3 watt effekt med en omvandlingseffektivitet på mer än 20 %, vilket lätt överträffar elektromagnetiska, piezoelektriska och triboelektriska strategier för att skörda energi från foten, inklusive en designad av studenter vid Rices Oshman Engineering Design kök.
Preston sa att alla komponenter för en enda enhet kostade labbet cirka 20 dollar. Produkterna var enkla att montera och tillräckligt robusta för att kunna rengöras i en tvättmaskin utan försämring av prestanda.
"Tillverkningsmetoden använder tekniker som redan används i klädindustrin, saker som att skära textilark och binda dem med värme och tryck", sa han. "Vi är redo att tänka på att översätta vårt arbete till produkter."
Rajappan sa att tillsammans med testenheter utvecklade labbet också matematiska modeller för att förutsäga hur väl ett hjälpmedel skulle prestera baserat på en användares vikt och gånghastighet, bland andra parametrar. "Ett sätt att ta detta framåt är att använda modellen för att optimera prestanda för specifika användargrupper", sa han.
"Vi tänker också på enheter som pneumatiska ställdon som tillämpar terapeutisk kompression för saker som djup ventrombos, blodproppar i benen," sa Rajappan. "Allt som kräver lufttryck kan drivas av vårt system."
"Nu när vi tillhandahåller kraften kan vi utnyttja allt befintligt arbete med aktivering," tillade Preston. "Detta skulle inkludera saker som handskar som hjälper människor att stänga sina händer, assistans vid både armbågs- och axelleder och andra enheter som fortfarande är beroende av typiskt stela och skrymmande strömförsörjningar som antingen är obekväma eller kräver att de är kopplade till extern infrastruktur."
Han noterade att samtal med modekonsulter kunde vara i hans framtid, för att hålla bärare från att likna Michelin-mannen.
"Vi har lyckats hålla den ganska låg profil, men ja, det är definitivt något att tänka på, speciellt med ställdonen," sa Preston. + Utforska vidare
