L'arto extra del gruppo Rice alimentato da aria compressa / Rice team’s extra limb powered by compressed air
L'arto extra del gruppo Rice alimentato da aria compressa / Rice team’s extra limb powered by compressed air
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
La prova del concetto "arto extra" è una delle numerose idee che il grupppo ha implementato con un sistema di raccolta di energia basato su tessuti. Il dispositivo è stato progettato e costruito da Daniel Preston, un assistente professore di ingegneria meccanica, insieme agli autori principali Rachel Shveda e Anoop Rajappan e al loro team.
Descritto in Science Advances, il prototipo del "braccio" è un pezzo di tessuto che abbraccia il corpo quando non è in uso, ma si estende verso l'esterno quando viene attivato e incorpora un rivestimento in elastomero sulla superficie per mantenere la presa su oggetti scivolosi.
Per le dimostrazioni, l'allieva della Rice Shveda aziona il braccio con un interruttore. Preston ha affermato che le versioni future potrebbero avere sensori che anticipano l'intento di chi lo indossa e completano i movimenti.
Oltre al braccio arricciacapelli che può afferrare una tazza o altri piccoli oggetti mentre si hanno le mani piene, il laboratorio Rice ha costruito una maglietta con un attuatore simile ad un soffietto attaccato all'ascella che si espande, consentendo a chi lo indossa di raccogliere un oggetto da dieci libbre. Testare l'abbigliamento su un manichino ha dimostrato che potrebbe farlo senza l'aiuto dei muscoli umani.
"Le statistiche del censimento dicono che ci sono circa 25 milioni di adulti negli Stati Uniti che hanno difficoltà a sollevare dieci libbre con le braccia", ha detto Rajappan, un post-dottorato supportato dalla Rice Academy of Fellows.
"È qualcosa che facciamo comunemente nella nostra vita quotidiana, raccogliendo oggetti per la casa o persino un bambino".
Il sistema richiede due componenti: pompe tessili incorporate nelle suole delle scarpe da passeggio che raccolgono la pressione dell'aria ed attuatori pneumatici che utilizzano tale pressione dove necessario. Le pompe sono riempite con schiuma poliuretanica a cellula aperta che permette loro di recuperare la forma dopo ogni calpestio.
Preston ha detto che la pompa è abbastanza piccola da essere comoda, con la rigidità della schiuma "circa alla pari" con un tipico inserto per scarpe. Tutti i componenti per un singolo dispositivo costano al laboratorio circa $ 20, ha aggiunto, ed i prodotti erano abbastanza semplici e robusti da poter essere puliti in lavatrice senza alcun degrado delle prestazioni.
I test del laboratorio Rice hanno mostrato che i dispositivi producono l'equivalente di 3 W di potenza con un'efficienza di conversione di oltre il 20%, superando le strategie elettromagnetiche, piezoelettriche e triboelettriche per la raccolta di energia mediante colpi di piede, inclusa quella progettata dagli studenti della Rice's Oshman Engineering Design Kitchen .
"L'approccio di fabbricazione utilizza tecniche che sono già impiegate nell'industria dell'abbigliamento, cose come il taglio di fogli di tessuto e l'incollaggio con calore e pressione", ha affermato Preston. "Siamo pronti a pensare a tradurre il nostro lavoro in prodotti".
Rajappan ha affermato che, insieme alle unità di prova, il laboratorio ha anche sviluppato modelli matematici per prevedere le prestazioni di un dispositivo di assistenza in base al peso e alla velocità di camminata dell'utente, tra gli altri parametri. "Un modo per portare avanti questo obiettivo sarà utilizzare il modello per ottimizzare le prestazioni per gruppi di utenti specifici", ha affermato.
“Stiamo anche pensando a dispositivi come attuatori pneumatici che applicano la compressione terapeutica per cose come trombosi venosa profonda, coaguli di sangue nelle gambe. Tutto ciò che richiede pressione dell'aria può essere alimentato dal nostro sistema".
ENGLISH
Mechanical engineers at Rice University in the US claim to have built an 'extra limb' capable of grasping objects, powered by compressed air derived from walking.
The proof-of-concept ‘extra limb’ is one of several ideas the team has implemented with a textile-based energy harvesting system. The device was designed and built by Daniel Preston, an assistant professor of mechanical engineering, along with lead authors Rachel Shveda and Anoop Rajappan and their team.
Described in Science Advances, the prototype ‘arm’ is a piece of fabric that hugs the body when not in use, but extends outward when activated and incorporates an elastomer lining on the surface to maintain its grip on slippery objects.
For demonstrations, Rice alumna Shveda would operate the arm with a switch. Preston said future versions could have sensors that anticipate the wearer’s intent and complete the movements.
In addition to the curling arm that can grip a cup or other small objects while one’s hands are full, the Rice lab built a shirt with a bellows-like actuator attached at the armpit that expands, enabling the wearer to pick up a ten pound object. Testing the apparel on a mannequin showed it could do so without an assist from human muscles.
“Census statistics say there are about 25 million adults in the United States who find it difficult to lift ten pounds with their arms,” said Rajappan, a postdoc supported by the Rice Academy of Fellows.
“That’s something we commonly do in our daily lives, picking up household objects or even a baby.”
The system requires two components: textile pumps embedded in the soles of walking shoes that harvest air pressure, and pneumatic actuators that make use of that pressure where needed. The pumps are filled with open-cell polyurethane foam that allows them to recover their shape after every footfall.
Preston said the pump is small enough to be comfortable, with the stiffness of the foam ‘about on par’ with a typical shoe insert. All components for a single device cost the lab around $20, he added, and products were simple and robust enough to be cleaned in a washing machine with no degradation in performance.
Tests by the Rice lab showed the devices produce the equivalent of 3W of power with a conversion efficiency of more than 20 per cent, outperforming electromagnetic, piezoelectric and triboelectric strategies for foot-strike energy harvesting including one designed by students at Rice’s Oshman Engineering Design Kitchen.
“The fabrication approach uses techniques that are already employed in the garment industry, things like cutting textile sheets and bonding them with heat and pressure,” said Preston. “We're ready to think about translating our work towards products.”
Rajappan said that along with test units, the lab also developed mathematical models to predict how well an assistive device would perform based on a user’s weight and walking speed, among other parameters. “One way to take this forward will be to use the model to optimise performance for specific user groups,” he said.
“We’re also thinking about devices like pneumatic actuators that apply therapeutic compression for things like deep vein thrombosis, blood clots in the legs. Anything that requires air pressure can be powered by our system.”
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/rice-team-s-extra-limb-powered-by-compressed-air
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