실 모양의 펌프로 옷을 만들 수 있다

오늘날 많은 유체 기반 웨어러블 보조 기술은 의류에 통합하기 위해 실용적이지 않거나 불가능하지는 않은 크고 시끄러운 펌프를 필요로 합니다. 이것은 모순으로 이어집니다. 웨어러블 장치는 일상적으로 착용할 수 없는 펌프에 묶여 있습니다. 이제 공대 LMTS(Soft Transducers Laboratory)의 연구원들은 이 딜레마에 대한 우아하고 간단한 솔루션을 개발했습니다.

“우리는 섬유 형태의 세계 최초의 펌프를 제시합니다. 본질적으로 자체 압력과 유속을 생성하는 튜브입니다.”라고 LMTS 책임자인 Herbert Shea는 말합니다. “이제 우리는 파이버 펌프를 직물과 의류에 직접 바느질할 수 있어 기존의 펌프를 뒤로 할 수 있습니다.”

해당 연구는 저널에 게재되었습니다. 과학.

가볍고 강력하며 세척 가능

Shea의 연구실은 진보적인 유체공학의 역사를 가지고 있습니다. 2019년에는 세계 최초로 신축성 있는 펌프를 생산했습니다.

“이 작업은 이전 세대의 소프트 펌프를 기반으로 합니다.”라고 LMTS 박사후 연구원이자 이 연구의 수석 저자인 Michael Smith는 말합니다. “섬유 형식을 사용하면 본질적으로 웨어러블 기술과 더 호환되는 더 가볍고 강력한 펌프를 만들 수 있습니다.”

LMTS 파이버 펌프는 전하 주입 전기유체역학(EHD)이라는 원리를 사용하여 움직이는 부품 없이 유체 흐름을 생성합니다. 펌프 벽에 내장된 두 개의 나선형 전극은 특수 비전도성 액체 분자를 이온화하고 가속합니다. 이온 이동 및 전극 모양은 순수 순방향 유체 흐름을 생성하여 조용하고 진동 없는 작동을 제공하며 손바닥 크기의 전원 공급 장치와 배터리만 있으면 됩니다.

펌프의 고유한 구조를 달성하기 위해 연구원들은 구리 와이어와 폴리우레탄 스레드를 강철 막대 주위에 함께 꼬은 다음 열로 융합하는 새로운 제조 기술을 개발했습니다. 막대를 제거한 후 표준 직조 및 재봉 기술을 사용하여 2mm 섬유를 직물에 통합할 수 있습니다.

펌프의 단순한 설계에는 여러 가지 장점이 있습니다. 필요한 재료는 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 제조 공정을 쉽게 확장할 수 있습니다. 펌프에서 발생하는 압력의 양은 길이와 직접적으로 연결되어 있기 때문에 용도에 맞게 튜브를 절단할 수 있어 무게를 최소화하면서 성능을 최적화할 수 있습니다. 견고한 디자인으로 일반 세제로도 세탁이 가능합니다.

외골격에서 가상 현실까지

저자는 이러한 섬유 펌프가 새롭고 흥미로운 웨어러블 기술에 어떻게 사용될 수 있는지 이미 시연했습니다. 예를 들어 극한 온도 환경에서 작업하거나 염증 관리에 도움이 되는 치료 환경에서 작업하는 사람들을 위해 의류를 통해 뜨겁고 차가운 유체를 순환시킬 수 있습니다. 운동 능력을 최적화하려는 사람들에게도 적합합니다.

“어쨌든 이러한 응용 프로그램에는 긴 길이의 튜브가 필요하며 우리의 경우 튜브가 펌프입니다. 이것은 우리가 착용하기 편리하고 편안한 매우 간단하고 가벼운 유체 회로를 만들 수 있음을 의미합니다.”라고 Smith는 말합니다.

이 연구는 또한 환자가 움직이고 걸을 수 있도록 부드러운 외골격에 동력을 공급하는 데 사용할 수 있는 섬유 펌프와 내장형 섬유 펌프로 만든 인공 근육에 대해 설명합니다.

펌프는 온도 감각을 시뮬레이션하여 가상 현실 세계에 새로운 차원을 가져올 수도 있습니다. 이 경우 사용자는 뜨겁거나 차가운 액체로 채워진 펌프가 달린 장갑을 착용하여 가상 물체와의 접촉에 대한 반응으로 온도 변화를 느낄 수 있습니다.

미래를 위한 펌핑

연구원들은 이미 장치의 성능을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. “펌프는 이미 잘 작동하고 있으며 더 많은 작업을 통해 효율성 및 수명과 같은 영역에서 계속 개선할 수 있다고 확신합니다.”라고 Smith는 말합니다. 파이버 펌프의 생산 규모를 확장하는 작업이 이미 시작되었으며 LMTS는 또한 이를 더 복잡한 웨어러블 장치에 내장할 계획입니다.

“우리는 이 혁신이 웨어러블 기술의 게임 체인저라고 믿습니다.”라고 Shea는 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230330172131.htm