Credit:麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室软，气动致动器可能不是一个日常对话中出现的短语，但更有可能的是，你可能已经受益于它们的效用。这些设备使用压缩空气为运动提供动力，并具有传感功能，已被证明是各种应用的关键支柱，如辅助可穿戴设备、机器人和康复技术。但是，在制造具有高响应速度和功率输入比等优点的小型动态设备时，有一点瓶颈。它们需要手动设计和制造流水线，这意味着要进行大量的反复试验来实际测试设计是否可行。
来自麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的科学家设计了一种可扩展的管道，通过计算设计和数字制造名为“PneuAct”的软气动执行器。
PneuAct使用机器编织工艺，与你祖母的塑料针编织工艺没有什么不同，但这台机器是自动操作的。人类设计师只需在软件中指定针脚和传感器设计模式，以编程执行器将如何移动，然后可以在打印前进行模拟。织物片由针织机制造，针织机可以固定到便宜的现成的橡胶硅胶管上以完成致动器。
针织致动器集成了用于传感的导电纱线，允许致动器“感觉”它们触摸的东西。该团队制作了几个原型，包括辅助手套、柔软的手、交互式机器人和气动行走四足动物。他们的原型，通过使用黄色织物看起来有点像香蕉手指，跨越了辅助手套，柔软的手，交互式机器人和气动四足机器人。
虽然这些年来软气动致动器的硬件开发取得了很大进展——2019年的一个协作机器人原型使用这种致动器来再现人类手中的抓握——但设计工具的改进速度并没有那么快。旧的工艺通常使用聚合物和成型，但科学家们使用了弹性和传感缝线(带导电纱线)的组合，允许在充气时对致动器的弯曲进行编程，并能够融入现实世界的反馈。
鸣谢:麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室例如，该团队使用致动器建造了一个机器人，该机器人能够感知人手何时触摸它，并对触摸做出反应。
该团队的手套可以由人类佩戴，以补充手指肌肉运动，最大限度地减少完成任务和运动所需的肌肉活动量。这对于那些手指受伤、行动受限或有其他创伤的人来说有很大的潜力。该方法还可以用于制造外骨骼(由计算机控制的可穿戴机器人单元，补充人类运动并恢复运动和移动)；例如，作者创造了一种可以帮助穿着者弯曲肘部、膝盖或其他身体部位的袖子。
麻省理工学院CSAIL博士生、一篇关于该研究的新论文的第一作者Yiyue Luo表示:“使用数字机器针织是当今纺织行业非常常见的制造方法，可以一次性‘打印’出设计，这使其更具可扩展性。”“软气动致动器具有内在的顺应性和灵活性，并与智能材料相结合，已成为许多机器人和辅助技术的支柱——使用我们的设计工具快速制造有望提高易用性和普遍性。”
理解传感器
该团队采用的一种传感类型是“电阻压力传感”，其中执行器“发送”压力。例如，当制造机器人夹持器时，当它抓住某物时，压力传感器将感测施加到物体上的力有多大，然后将尝试查看抓取是否成功。另一种是“电容传感”，传感器识别执行器接触的材料的一些信息。
虽然致动器很坚固——在他们的任何实验中都没有纱线断裂，但该系统的一个局限性是，他们仅限于管状致动器，因为很容易从货架上购买。合乎逻辑的下一步是开发不同形状的致动器，以避免受到单一结构的限制。科学家们将探索的另一个扩展是扩展该工具，以纳入任务驱动的、基于优化的设计，用户可以指定目标姿势和可以自动合成的最佳缝合模式。
“我们的软件工具快速易用，能够准确预览用户的设计，允许他们快速虚拟迭代，同时只需制作一次。但这个过程仍然需要人类的一些试错。计算机能推理出纺织品应该如何在致动器中进行物理编程，以允许丰富的传感驱动行为吗？这是下一个前沿，”论文的另一位作者、哈佛大学材料科学和机械工程博士后安德鲁·斯皮尔伯格说。
这篇论文是通过计算机系统中人的因素的CHI会议发表的。
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