Механически обоснованные тканевые актуаторы с выровненными пересечениями волокон

Для создания незаметной механической поддержки в повседневной одежде необходимы энергоёмкие, но податливые актуаторы небольшой толщины. Мы разработали текстильные актуаторы, в которых волокна из сплава с памятью формы переплетены по периодической схеме с X-образными пересечениями, ориентированными вдоль оси сокращения при срабатывании. Актуатор с X-образными пересечениями массой 4,5 г можно пассивно растянуть до 160% исходной длины; при нагревании он сокращается на 50% и поднимает груз массой 1 кг, превосходя вязаные и узловые актуаторы из сплавов с памятью формы. Мы разработали механическую модель с переменной жёсткостью, позволяющую прогнозировать зависимость «напряжение—деформация» материала при различных температурах и, следовательно, зависимость «сила—сокращение» на уровне устройства. Модель используется для проектирования и управления актуаторами, масштабирования геометрии, определения пиковых значений зависимости «сила—сокращение» и оценки теоретического верхнего предела деформации сокращения. Максимальная измеренная деформация сокращения наших актуаторов составила 55%, что существенно приближает их к рассчитанному нами верхнему пределу для тканевых актуаторов из сплавов с памятью формы в целом. Мы продемонстрировали применение разработанных актуаторов и модели для подъёма грузов и компрессии тела.