纖維流體泵將改變可穿戴技術的遊戲規則_風聞

文/觀察未來科技

當前，許多基於液體的可穿戴輔助技術往往需要一個大而嘈雜的泵。當可穿戴設備需要被拴在無法穿戴的泵上時，便成了一個看似不可調和的矛盾體。為了解決這個矛盾挑戰，洛桑聯邦理工學院Herbert Shea教授和Michael Smith博士共同報告了一種可拉伸纖維形式的流體泵，以一種優雅而簡單的方式解決了這一困境。其相關科研成果以“Fiber pumps for wearable fluidic systems”為題發表在最新一期的《Science》上。 

纖維流體泵的製造和性能

“我們展示了世界上第一個纖維形式的泵，其管道會產生自己的壓力和流量，”Herbert Shea教授説。“這項工作建立在我們上一代軟泵的基礎上，那是生產於2019年的世界上第一個可伸縮泵。”Michael Smith博士介紹，“光纖形式使我們能夠製造更輕、更強大的泵，這些泵本質上與可穿戴技術更兼容。”

據介紹，纖維流體泵使用電荷注入電流體動力學（EHD）的原理來產生流體流動。其壓力源可以直接集成到紡織品中，從而實現不受束縛的可穿戴流體。嵌入泵壁的兩個螺旋形電極對特殊非導電液體的分子進行電離和加速。每米纖維產生100千帕的壓力，流速可能接近每分鐘55毫升，相當於每公斤15瓦的功率密度。離子運動和電極形狀產生一個淨的前向流體流，從而實現安靜、無振動的流動。這個過程只需要一個手掌大小的電源和電池。

纖維流體泵的加工過程，看上去非常簡單，但功能實現卻着實不簡單。作為一種柔性且可拉伸的管子，該泵的直徑是毫米級別的，可以在沒有任何部件移動或振動的情況下產生連續的流體流動。

纖維產生的壓力和流量是其長度和直徑的函數，而纖維泵能夠以與可穿戴設備固有兼容的外形尺寸泵送液體，直接在管道內產生流量。纖維泵還可以分佈在整個設備中，以提高舒適度，實現先進的多泵可穿戴設備。而且，纖維泵在垂直於其軸的每個方向上都很靈活，為集成到可穿戴設備和高度兼容的軟執行器中提供了極大的設計自由度。即使在15%的應變下，泵的性能也基本保持不變，這足以滿足可穿戴應用的應變水平。在重複的單軸應變下，泵可以承受至少5000次循環至10%的應變，以3 mm的彎曲半徑反覆彎曲5000次對泵性能沒有影響。 

纖維流體泵的應用前景

將纖維流體泵應用於新型可穿戴技術中，無疑是令人興奮的。但是，其應用前景遠非僅限於此。據科研學者介紹，流體泵可以讓在極端温度環境或治療環境中工作的人通過衣服循環冷熱液體，以幫助控制炎症；對於那些希望優化運動表現的人來説，也是巨大的福音。

另外，該研究還描述了由織物和嵌入式纖維泵製成的人造肌肉，可用於為柔軟的外骨骼提供動力，以幫助患者移動和行走；甚至可以通過模擬温度的感覺為虛擬現實世界帶來新的維度。比如，由纖維泵製成的熱觸感手套。單獨的纖維泵縫在手套的每個手指上，每個泵都連接到手背上的冷凍液體儲液罐；每個纖維泵都可以單獨激活，使冷凍流體流經任何選定的手指。在虛擬現實環境中，通過模擬虛擬物體的温度，可可大大增強人們對虛擬環境的沉浸感。

對於纖維流體泵在研發中的不斷推進，Michael Smith博士説：“這些泵已經表現良好，我們相信，通過更多的工作，我們可以繼續在效率和使用壽命等領域取得更大的進展。”“我們相信這項創新將改變可穿戴技術的遊戲規則。” Herbert Shea教授説。