Robotic textiles developed at 威斯学院 could enable 机械疗法

软机器人之所以有用，是因为它们能够以僵硬和僵硬的机器人无法与人体交互并顺应人体的能力。具有经过特殊设计的面料的可穿戴设备开始成为新的康复疗法的基础。软机器人还可以在执行艰巨任务时保护穿戴者。另外，作为不可穿戴但功能独立的设备，基于纺织品的软机器人可以实现“mechanotherapies”帮助肌肉等组织及其激活的神经纤维修复损伤。机器人纺织品甚至可以通过在正确的位置以适当的频率施加物理力来防止损坏。

除特种面料外，还以纺织品为主 软机器人 分别需要“致动”和“传感”系统来诱导其运动并使他们从字面上感觉到自己的状态以及与之交互的环境。到目前为止，大多数机器人纺织品都是气动驱动的，这意味着它们是通过笨重的管道连接到外部的，通常是嘈杂的压缩机上的，这些压缩机会调节内部的气压，从而可以改变其结构和运动。

哈佛团队开发STATs

现在，哈佛大学的多学科研究团队 威斯学院 对于生物启发工程， 约翰·保尔森工程与应用科学学院 （海沙 化学与化学生物学系 开发了智能热促纺织品（STATs）。机器人纺织品通过电气控制机器人纺织品中的液体-蒸汽相变化而引起压力变化，从而消除了对气动系绳的需求并开拓了新的应用领域。研究结果发表在 先进材料技术.

团队由Wyss Institute副教授领导 科纳·沃尔什（Conor Walsh），他也是SEAS工程与应用科学学院的Paul A. Maeder教授，并且是 哈佛生物设计实验室。沃尔什（Walsh）和他的小组基于其基础工作，开发了许多用于生物医学和其他应用的基于纺织品的柔软可穿戴机器人。

共同第一作者说：“我们的目标是设计一种能够以电子方式感应和驱动，使用集成闭环反馈控制进行自我调节，并以任意形状和大批量制造的机器人织物。” 凡妮莎·桑切斯（Vanessa Sanchez），是Wyss Institute和SEAS的Walsh小组的研究生，他以工程和时装设计的背景加入了该团队。 STAT体现了所有这些功能。我们相信，作为轻量级且轻巧的智能织物，它们可以实现一系列新的机器人方法。”

挖掘机器人纺织品的软机器人技术专长

为了开发其嵌入纺织品的致动机制，沃尔什的团队与Wyss副教职员工合作 罗伯特·伍德 and 乔治·怀特塞德斯。伍德还是SEAS的查尔斯河工程与应用科学教授，怀特塞德斯（Whitesides）则是哈佛大学的伍德福德·L。和安·阿·弗劳斯大学教授。

伍德和他的团队将其在不可穿戴软机器人和创新制造技术方面的广泛专业知识带入了机器人纺织品项目。同时，Whitesides的小组对流体系统，适应性材料及其自调节性能有了深刻的了解，这些共同成为STATs发展的关键。

研究人员使用可商购的机织纺织膜将STATs制成紧密密封的小袋，该膜上涂有一层可热封的热塑性聚氨酯，并结合了嵌入式电活性成分。通过为STATs的电子组件动态供电，被封闭的工程流体Novec 7000会被热量蒸发，并将其体积扩大至100倍，从而使机器人纺织品可以在相当大的范围内增加或减少内部压力。

“为了能够以可编程的方式驱动这些压力变化并允许系统调节自身，我们在织物中制造了导电的镀银线，形成了基于纺织品的加热器和传感器元件，并实现了所需的温度和压力。共同第一作者克里斯托弗·佩恩（Christopher Payne）说，他与桑切斯紧密合作，在沃尔什（Walsh）的团队中工作。 “借助集成的“闭环反馈”控制器，即使将STAT放置在外部温度波动的环境中（例如靠近主动冷却系统的空气管附近），它们也可以自动维持其压力。”

该小组的STAT可能会在室温下产生约75 kPa的峰值压力，该峰值压力大致等于FIFA调节足球的压力或Instant Pot压力锅内部的压力。此外，他们配置了STAT阵列，其中单个STAT位于例如3×3布置可以以编程模式被致动。相互连接的STAT能够在外部重量的压力下独立于其他STAT保持其压力分布。

机械治疗可穿戴设备的组合技术

“ STATs的整体功能，结合了久经考验的制造技术的制造路径使我们能够批量设计具有任意几何形状的STATs，并且它们的防水性和在压力下的使用寿命长，使其非常适合多种应用， ”沃尔什说。 “它们可用于机械治疗可穿戴设备，通过施加确定的压力模式，可加速组织修复；在响应性缓冲垫中，可帮助防止轮椅或医院病床患者的褥疮，甚至在时装界用作动态服装，仅举几例。”

“这些STAT机器人纺织品是通过精彩的自组装协作而诞生的，该协作涉及多个Wyss团队，这些团队能够利用其多学科专业知识来克服机器人工程的中心瓶颈，” said 唐纳德·英格伯，医学博士，博士，以及Wyss Institute的创始董事。“他们为人机界面的挑战创造了一种全新的解决方案，它可以改变工业机器人技术并改变未来进行物理康复疗法的方式。”

Ingber还是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学计划的Judah Folkman教授，他也是SEAS的生物工程学教授。

机器人纺织品研究作者和经费

该研究的其他作者是Daniel Preston博士，该博士以前是Whitesides组的博士后研究员，现在是德克萨斯州莱斯大学机械工程系的教授。沃尔什（Walsh）研究小组的研究生乔纳森·阿尔瓦雷斯（Jonathan Alvarez）；以及前Wyss高级研究科学家的James Weaver博士。

研究期间，该团队还包括Asli Atalay博士，该博士是与Walsh一起工作的博士后研究员，现在是伊斯坦布尔马尔马拉大学纺织工程系的教授。 Mustafa Boyvat博士，在研究时曾是Wood小组的博士后研究员，现在是德国斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的博士后研究员。以及Wyss研究工程师Daniel Vogt。

该研究由美国国家科学基金会EFRI资助，编号1830896，NSF MRSEC资助，DMR-1420570， 威斯生物启发工程研究所 哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院。