线状泵可以编织成衣服

如今，许多基于流体的可穿戴辅助技术需要一个大而嘈杂的泵，如果不是不可能的话，要集成到衣服中是不切实际的。这导致了一个矛盾：可穿戴设备通常被拴在不可穿戴的泵上。现在，工程学院软换能器实验室(LMTS)的研究人员已经开发出一种优雅简单的解决方案来解决这一困境。

“我们展示了世界上第一个纤维形式的泵;从本质上讲，管道会产生自己的压力和流量，“LMTS负责人Herbert Shea说。“现在，我们可以将纤维泵直接缝制到纺织品和衣服上，而将传统泵抛在后面。

该研究已发表在《科学》杂志上。

轻巧、功能强大且可水洗

Shea的实验室有着前瞻性流体学的历史。2019年，他们生产了世界上第一个可伸缩泵。

“这项工作建立在我们上一代软泵的基础上，”LMTS博士后研究员兼该研究的主要作者Michael Smith说。“光纤形式使我们能够制造更轻、更强大的泵，这些泵本质上与可穿戴技术更兼容。

LMTS 纤维泵使用称为电荷注入电流体动力学 (EHD) 的原理来产生没有任何移动部件的流体流动。嵌入泵壁中的两个螺旋电极电离并加速特殊非导电液体的分子。离子运动和电极形状产生净正向流体流动，从而实现安静、无振动的操作，并且只需要一个手掌大小的电源和电池。

为了实现泵的独特结构，研究人员开发了一种新颖的制造技术，该技术涉及将铜线和聚氨酯线缠绕在钢棒周围，然后用热量融合它们。移除棒后，可以使用标准编织和缝纫技术将 2 毫米纤维集成到纺织品中。

该泵的简单设计具有许多优点。所需的材料便宜且容易获得，并且制造过程可以轻松扩大规模。由于泵产生的压力量与其长度直接相关，因此可以切割管子以匹配应用，从而优化性能，同时最大限度地减轻重量。坚固的设计也可以用传统洗涤剂清洗。

从外骨骼到虚拟现实

作者已经展示了如何将这些纤维泵用于令人兴奋的新型可穿戴技术。例如，它们可以在极端温度环境或治疗环境中工作的人通过衣服循环冷热液体，以帮助控制炎症;甚至对于那些希望优化运动表现的人来说。

“无论如何，这些应用都需要很长的管道，在我们的例子中，管道就是泵。这意味着我们可以制造非常简单轻便的流体回路，佩戴方便舒适，“史密斯说。

该研究还描述了由织物和嵌入式纤维泵制成的人造肌肉，可用于为柔软的外骨骼提供动力，以帮助患者移动和行走。

该泵甚至可以通过模拟温度的感觉为虚拟现实世界带来新的维度。在这种情况下，用户戴着装有热或冷液体的泵的手套，让他们感觉到温度变化以响应与虚拟物体的接触。

为未来加油

研究人员已经在寻求提高其设备的性能。“这些泵已经表现良好，我们相信，通过更多的工作，我们可以继续在效率和使用寿命等领域进行改进，”史密斯说。扩大光纤泵生产的工作已经开始，LMTS还计划将它们嵌入到更复杂的可穿戴设备中。

“我们相信这项创新将改变可穿戴技术的游戏规则，”Shea说。