Stickade muskler ökar kraften

Forskare har gett vanligt tyg förmåga att dra ihop sig likt muskelfibrer genom att belägga textil med ett elektroaktivt material. Forskarnas vision är att i framtiden kunna designa "textila muskler", som kan byggas in i kläder och göra det lättare för funktionsnedsatta personer att röra sig.

Forskarna monterar en ”textil muskel” i en uppställning av mätinstrument som mäter kraft.

Edwin Jager vid Linköpings universitet (höger) och Nils-Krister Persson vid Högskolan i Borås monterar en ”textil muskel” i en uppställning av mätinstrument som mäter kraft. Foto: Thor Balkhed

Utvecklingen av robotik och proteser har gått snabbt framåt tack vare teknologiska genombrott. Till exempel utvecklas anordningar som fungerar som ett slags yttre skelett och muskler, så kallade exoskelett, som kan förstärka människans egen förmåga.

– Det har gjorts enorma och imponerande framsteg inom utvecklingen av exoskelett, som ger funktionsnedsatta personer möjligheter att gå igen. Men de ser ut som små, styva robotdräkter. Vår dröm är att i framtiden ha exoskelett som mer liknar klädesplagg, exempelvis ”running tights” som man kan bära under sina vanliga kläder, för att göra det lättare att gå när man blir äldre eller svagare av någon anledning, säger Edwin Jager, universitetslektor vid Sensor- och aktuatorsystem, institutionen för kemi, biologi och fysik vid Linköpings universitet.En remsa 'textil muskel' med elektriska kopplingar av kopparEn remsa "textil muskel" med elektriska kopplingar. Foto: Thor Balkhed

Dagens exoskelett får kraft genom att de drivs av motorer eller tryckluftssystem. I den aktuella studien har forskarna i stället utnyttjat de fördelar som finns med lätta, smidiga tyger och utvecklat vad man kan kalla ”textila muskler”. Forskarna har använt tyg, som kan massproduceras industriellt, och belagt det med ett elektroaktivt material. Det är genom denna speciella beläggning som själva kraften i de ”textila musklerna” uppstår. När en svag spänning appliceras till tyget ändrar det elektroaktiva materialet volym och garnet eller trådarna blir lite längre. Tygets egenskaper styrs av hur väven eller stickningen är uppbyggd. Det kan forskarna dra nytta av, beroende på hur tyget är tänkt att användas.Forskarna demonstrerar sin idé om framtida textila exoskelett. På bilden visar de en modell av konceptet där den ”textila muskeln” (svart) fästs på ett elastiskt tyg (vitt), som kan bäras under vanliga kläder. Forskarna demonstrerar sin idé om framtida textila exoskelett. Foto: Thor Balkhed

– Vi kan designa tyget så att det kan producera mycket kraft, exempelvis genom att väva. Då får vi samma förlängning av tyget som i den enstaka tråden, men på samma sätt som i våra muskler blir kraftutväxlingen mycket högre när trådarna parallellkopplas i väven. Eller så kan vi använda en extremt töjbar stickning för att öka den effektiva förlängningen, säger Nils-Krister Persson, universitetslektor vid Smart Textiles, Textilhögskolan, Högskolan i Borås.

I den aktuella forskningsartikeln visar forskarna att de ”textila musklerna” kan användas i en enkel robotanordning för att lyfta en liten tyngd. Forskarna bakom studien menar att teknologin möjliggör ett helt nytt sätt att designa och tillverka anordningar som likt motorer och biologiska muskler utövar kraft, så kallade aktuatorer.

– För det första kan vårt tillvägagångssätt göra det möjligt att på sikt tillverka aktuatorer med befintliga teknologier för textilproduktion på ett enkelt och förhoppningsvis prisvärt sätt. Men ännu mer intressant är att detta ger oss nya möjliga tillämpningar, exempelvis att i framtiden integrera textila muskler i klädesplagg, säger Edwin Jager.

Studien, som gjorts i samarbete mellan forskare vid Linköpings universitet och Högskolan i Borås, publiceras i tidskriften Science Advances. Forskningen har finansierats med stöd av bland annat Carl Tryggers stiftelse, Vetenskapsrådet, Smart Textiles-initiativet (VINNOVA), European Scientific Network for Artificial Muscles och EU:s sjunde ramprogram FP7.

Publikation: Knitting and weaving artificial muscles, Ali Maziz, Alessandro Concas, Alexandre Khaldi, Jonas Stålhand, Nils-Krister Persson, Edwin W.H. Jager, Science Advances, publicerad online 25 januari 2017, doi: 10.1126/sciadv.1600327

Kontakt

Video

Forskare vid LiU och Textilhögskolan i Borås har gett tyg förmåga att kunna dra ihop sig på liknande sätt som muskler, genom att belägga tyget med ett elektroaktivt material.

Senaste nytt från LiU