منسوجات هوشمند با استفاده از فیبرهای ماهیچه‌ای مصنوعی با جریان مایع

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
ترکیب منسوجات و ماهیچه های مصنوعی برای ایجاد منسوجات هوشمند توجه بسیاری را از سوی جوامع علمی و صنعتی به خود جلب کرده است.منسوجات هوشمند مزایای زیادی از جمله راحتی تطبیقی ​​و درجه بالایی از انطباق با اشیاء را ارائه می دهند و در عین حال برای حرکت و استحکام مورد نظر فعال می شوند.این مقاله کلاس جدیدی از پارچه‌های هوشمند قابل برنامه‌ریزی را ارائه می‌کند که با استفاده از روش‌های مختلف بافتن، بافتن و چسباندن الیاف ماهیچه‌ای مصنوعی مبتنی بر مایع ساخته شده‌اند.یک مدل ریاضی برای توصیف نسبت نیروی کشیدگی ورق‌های نساجی بافتنی و بافته شده توسعه داده شد و سپس اعتبار آن به‌طور تجربی مورد آزمایش قرار گرفت.منسوجات «هوشمند» جدید دارای انعطاف‌پذیری بالا، سازگاری و برنامه‌ریزی مکانیکی هستند که قابلیت‌های حرکت چندوجهی و تغییر شکل را برای طیف وسیع‌تری از کاربردها ممکن می‌سازد.نمونه‌های اولیه نساجی هوشمند مختلفی از طریق تأیید تجربی ایجاد شده‌اند، از جمله موارد تغییر شکل مختلف مانند ازدیاد طول (تا 65٪)، گسترش سطح (108٪)، انبساط شعاعی (25٪)، و حرکت خمشی.مفهوم پیکربندی مجدد بافت‌های سنتی غیرفعال به ساختارهای فعال برای ساختارهای شکل‌دهی بیومیمتیک نیز در حال بررسی است.انتظار می‌رود که منسوجات هوشمند پیشنهادی توسعه پوشیدنی‌های هوشمند، سیستم‌های لمسی، روبات‌های نرم بیومیمتیک و لوازم الکترونیکی پوشیدنی را تسهیل کنند.
ربات‌های صلب هنگام کار در محیط‌های ساخت‌یافته مؤثر هستند، اما با زمینه ناشناخته تغییر محیط‌ها مشکل دارند، که استفاده از آنها را در جستجو یا اکتشاف محدود می‌کند.طبیعت همچنان ما را با راهبردهای ابداعی بسیاری برای مقابله با عوامل خارجی و تنوع شگفت زده می کند.به عنوان مثال، پیچک گیاهان بالارونده حرکات چندوجهی مانند خم شدن و مارپیچ را برای کاوش در یک محیط ناشناخته در جستجوی یک تکیه گاه مناسب انجام می دهند.مگس بند ناهید (Dionaea muscipula) دارای موهای حساسی بر روی برگ های خود است که وقتی تحریک می شود، برای شکار طعمه در جای خود می چفتد.در سال های اخیر، تغییر شکل یا تغییر شکل اجسام از سطوح دو بعدی (2 بعدی) به اشکال سه بعدی (3 بعدی) که ساختارهای بیولوژیکی را تقلید می کنند به یک موضوع تحقیقاتی جالب تبدیل شده است.این پیکربندی‌های رباتیک نرم برای انطباق با محیط‌های در حال تغییر شکل را تغییر می‌دهند، حرکت چندوجهی را فعال می‌کنند و نیروها را برای انجام کارهای مکانیکی اعمال می‌کنند.دامنه دسترسی آنها به طیف وسیعی از کاربردهای روباتیک، از جمله قابل استقرار5، ربات‌های قابل تنظیم و خود تاشو6،7، دستگاه‌های زیست‌پزشکی8، وسایل نقلیه9،10 و الکترونیک قابل ارتقا11 گسترش یافته است.
تحقیقات زیادی برای توسعه صفحات مسطح قابل برنامه ریزی انجام شده است که وقتی فعال می شوند، به ساختارهای سه بعدی پیچیده تبدیل می شوند.یک ایده ساده برای ایجاد ساختارهای تغییر شکل پذیر، ترکیب لایه‌هایی از مواد مختلف است که هنگام قرار گرفتن در معرض محرک‌ها خم می‌شوند و چروک می‌شوند.جانباز و همکاران14 و لی و همکاران.15 نفر این مفهوم را برای ایجاد ربات های تغییر شکل پذیر چندوجهی حساس به گرما پیاده سازی کرده اند.ساختارهای مبتنی بر اوریگامی که عناصر پاسخگو به محرک را در خود جای داده اند برای ایجاد ساختارهای سه بعدی پیچیده استفاده شده است.امانوئل و همکاران با الهام از مورفوژنز ساختارهای بیولوژیکی.الاستومرهای قابل تغییر شکل با سازماندهی کانال های هوا در یک سطح لاستیکی ایجاد می شوند که تحت فشار به اشکال سه بعدی پیچیده و دلخواه تبدیل می شوند.
ادغام منسوجات یا پارچه ها در ربات های نرم قابل تغییر شکل یکی دیگر از پروژه های مفهومی جدید است که توجه گسترده ای را ایجاد کرده است.منسوجات مواد نرم و کشسانی هستند که از نخ با تکنیک‌های بافندگی مانند بافندگی، بافندگی، بافندگی یا گره‌بافی ساخته می‌شوند.خواص شگفت‌انگیز پارچه‌ها، از جمله انعطاف‌پذیری، تناسب، قابلیت ارتجاعی و تنفس، آن‌ها را در همه چیز از لباس گرفته تا کاربردهای پزشکی بسیار محبوب کرده است.سه رویکرد گسترده برای ترکیب منسوجات در رباتیک وجود دارد21.اولین رویکرد استفاده از منسوجات به عنوان پشتوانه یا پایه غیرفعال برای اجزای دیگر است.در این حالت، منسوجات غیرفعال هنگام حمل اجزای سفت و سخت (موتور، سنسور، منبع تغذیه) یک تناسب راحت را برای کاربر فراهم می کنند.اکثر ربات های پوشیدنی نرم یا اسکلت های بیرونی نرم تحت این رویکرد قرار می گیرند.به عنوان مثال، اسکلت بیرونی پوشیدنی نرم برای وسایل کمکی راه رفتن 22 و کمک‌های آرنجی 23، 24، 25، دستکش‌های پوشیدنی نرم 26 برای کمک‌های دست و انگشتان، و ربات‌های نرم بیونیک 27.
رویکرد دوم استفاده از منسوجات به عنوان اجزای غیرفعال و محدود دستگاه های رباتیک نرم است.محرک‌های مبتنی بر نساجی در این دسته قرار می‌گیرند، جایی که پارچه معمولاً به عنوان یک محفظه بیرونی ساخته می‌شود تا شیلنگ یا محفظه داخلی را در خود جای دهد و یک محرک تقویت‌شده با الیاف نرم را تشکیل می‌دهد.هنگامی که این محرک‌های نرم در معرض یک منبع پنوماتیکی یا هیدرولیکی خارجی قرار می‌گیرند، بسته به ترکیب و پیکربندی اصلی‌شان، تغییراتی در شکل از جمله ازدیاد طول، خمش یا پیچ خوردگی دارند.برای مثال، تالمان و همکاران.لباس مچ پا ارتوپدی، متشکل از یک سری جیب پارچه ای، برای تسهیل خم شدن کف پا برای بازیابی راه رفتن معرفی شده است.لایه های نساجی با قابلیت انبساط متفاوت را می توان برای ایجاد حرکت ناهمسانگرد ترکیب کرد 29 .OmniSkins - پوسته های رباتیک نرم ساخته شده از انواع محرک های نرم و مواد زیرلایه می توانند اجسام غیرفعال را به ربات های فعال چند منظوره تبدیل کنند که می توانند حرکات و تغییر شکل های چند وجهی را برای کاربردهای مختلف انجام دهند.زو و همکارانیک ورقه ماهیچه ای بافت مایع 31 ایجاد کرده اند که می تواند ازدیاد طول، خمش و حرکات تغییر شکل مختلف ایجاد کند.باکنر و همکارانالیاف کاربردی را در بافت‌های معمولی ادغام کنید تا بافت‌های روباتیکی با عملکردهای متعدد مانند تحریک، سنجش و سختی متغیر ایجاد کنید.روش های دیگر این دسته را می توان در این مقالات 21، 33، 34، 35 یافت.
یک رویکرد اخیر برای مهار خواص برتر منسوجات در زمینه رباتیک نرم، استفاده از رشته‌های واکنش‌پذیر یا پاسخ‌دهنده به محرک برای ایجاد منسوجات هوشمند با استفاده از روش‌های سنتی تولید منسوجات مانند روش‌های بافندگی، بافندگی و بافندگی است21،36،37.بسته به ترکیب مواد، نخ واکنشی در اثر اعمال الکتریکی، حرارتی یا فشاری باعث تغییر شکل می شود که منجر به تغییر شکل پارچه می شود.در این رویکرد، جایی که منسوجات سنتی در یک سیستم روباتیک نرم ادغام می‌شوند، شکل‌دهی مجدد منسوجات در لایه داخلی (نخ) به جای لایه بیرونی اتفاق می‌افتد.به این ترتیب، منسوجات هوشمند از نظر حرکت چندوجهی، تغییر شکل قابل برنامه ریزی، کشش پذیری و توانایی تنظیم سفتی، هندلینگ عالی را ارائه می دهند.به عنوان مثال، آلیاژهای حافظه دار (SMA) و پلیمرهای حافظه شکل (SMPs) را می توان در پارچه ها گنجاند تا به طور فعال شکل آنها را از طریق تحریک حرارتی کنترل کنند، مانند لبه زنی38، حذف چین و چروک36،39، بازخورد لمسی و لمسی40،41، و همچنین تطبیقی. لباس پوشیدنیدستگاه 42.با این حال، استفاده از انرژی حرارتی برای گرمایش و سرمایش منجر به کندی پاسخ و سرمایش و کنترل دشوار می شود.اخیرا هیرامیتسو و همکاران.ماهیچه های ظریف مک کیبن43،44، ماهیچه های مصنوعی پنوماتیک، به عنوان نخ های تار برای ایجاد اشکال مختلف منسوجات فعال با تغییر ساختار بافت استفاده می شوند.اگرچه این روش نیروهای زیادی را ارائه می دهد، به دلیل ماهیت ماهیچه مک کیبن، سرعت انبساط آن محدود است (<50٪) و اندازه کوچک نمی تواند به دست آید (قطر < 0.9 میلی متر).علاوه بر این، ایجاد الگوهای نساجی هوشمند از روش‌های بافتنی که نیاز به گوشه‌های تیز دارد، دشوار بوده است.برای تشکیل طیف وسیع تری از منسوجات هوشمند، Maziz و همکاران.منسوجات پوشیدنی الکتریسیته با بافندگی و بافتن نخ های پلیمری حساس به الکترو 46 ایجاد شده اند.
در سال های اخیر، نوع جدیدی از ماهیچه های مصنوعی حساس به گرما پدید آمده است که از الیاف پلیمری بسیار پیچیده و ارزان ساخته شده است.این الیاف به صورت تجاری در دسترس هستند و به راحتی در بافت یا بافندگی برای تولید لباس های هوشمند مقرون به صرفه گنجانده می شوند.علیرغم پیشرفت‌ها، این منسوجات جدید حساس به گرما به دلیل نیاز به گرمایش و سرمایش (مثلاً منسوجات کنترل‌شده با دما) یا دشواری ساختن الگوهای پیچیده بافتنی و بافتنی که می‌توانند برای ایجاد تغییر شکل‌ها و حرکات مورد نظر برنامه‌ریزی شوند، زمان پاسخگویی محدودی دارند. .به عنوان مثال می توان به گسترش شعاعی، تبدیل شکل دو بعدی به سه بعدی یا گسترش دو جهته اشاره کرد که در اینجا ارائه می کنیم.
برای غلبه بر این مشکلات ذکر شده، این مقاله یک منسوجات هوشمند جدید مبتنی بر مایع را ارائه می‌کند که از فیبرهای ماهیچه‌ای مصنوعی نرم اخیر ما (AMF)49،50،51 ساخته شده است.AMF ها بسیار انعطاف پذیر، مقیاس پذیر هستند و می توان آنها را به قطر 0.8 میلی متر و طول های بزرگ (حداقل 5000 میلی متر) کاهش داد، نسبت تصویر بالا (طول به قطر) و همچنین ازدیاد طول (حداقل 245٪) و انرژی بالا را ارائه می دهد. راندمان، پاسخ سریع کمتر از 20 هرتز).برای ایجاد منسوجات هوشمند، ما از AMF به عنوان یک نخ فعال برای تشکیل لایه‌های عضلانی فعال دو بعدی از طریق تکنیک‌های بافندگی و بافندگی استفاده می‌کنیم.ما به طور کمی میزان انبساط و نیروی انقباض این بافت های "هوشمند" را از نظر حجم مایع و فشار تحویلی مورد مطالعه قرار داده ایم.مدل های تحلیلی برای ایجاد رابطه نیروی ازدیاد طول برای ورق های بافتنی و بافته شده توسعه داده شده است.ما همچنین چندین تکنیک برنامه‌ریزی مکانیکی را برای منسوجات هوشمند برای حرکت چندوجهی توصیف می‌کنیم، از جمله گسترش دو جهته، خمش، انبساط شعاعی، و توانایی انتقال از دو بعدی به سه بعدی.برای نشان دادن قدرت رویکرد خود، ما همچنین AMF را در پارچه‌ها یا منسوجات تجاری ادغام می‌کنیم تا پیکربندی آن‌ها را از ساختارهای غیرفعال به فعال تغییر دهیم که باعث تغییر شکل‌های مختلف می‌شوند.ما همچنین این مفهوم را در چندین میز آزمایش آزمایشی نشان داده ایم، از جمله خم شدن قابل برنامه ریزی نخ ها برای تولید حروف دلخواه و ساختارهای بیولوژیکی تغییر شکل به شکل اجسامی مانند پروانه ها، ساختارهای چهارپا و گل ها.
منسوجات سازه‌های دو بعدی انعطاف‌پذیری هستند که از نخ‌های یک‌بعدی در هم تنیده مانند نخ‌ها، نخ‌ها و الیاف تشکیل شده‌اند.نساجی یکی از قدیمی‌ترین فناوری‌های بشر است و به دلیل راحتی، سازگاری، قابلیت تنفس، زیبایی‌شناسی و محافظتی که دارد، در تمام جنبه‌های زندگی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.منسوجات هوشمند (همچنین به عنوان لباس‌های هوشمند یا پارچه‌های روباتیک شناخته می‌شوند) به دلیل پتانسیل بالایی که در کاربردهای روباتیک دارند، به طور فزاینده‌ای در تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرند.منسوجات هوشمند نوید بهبود تجربه انسان از تعامل با اجسام نرم را می دهند و باعث ایجاد یک تغییر پارادایم در زمینه ای می شود که در آن می توان حرکت و نیروهای پارچه نازک و انعطاف پذیر را برای انجام وظایف خاص کنترل کرد.در این مقاله، ما دو رویکرد برای تولید منسوجات هوشمند مبتنی بر AMF49 اخیر خود را بررسی می‌کنیم: (1) استفاده از AMF به عنوان یک نخ فعال برای ایجاد منسوجات هوشمند با استفاده از فناوری‌های تولید پارچه سنتی.(2) AMF را مستقیماً در پارچه های سنتی قرار دهید تا حرکت و تغییر شکل مورد نظر را تحریک کنید.
AMF از یک لوله سیلیکونی داخلی برای تامین نیروی هیدرولیک و یک سیم پیچ مارپیچ خارجی برای محدود کردن انبساط شعاعی آن تشکیل شده است.بنابراین، AMF ها هنگام اعمال فشار به صورت طولی کشیده می شوند و متعاقباً نیروهای انقباضی از خود نشان می دهند تا با آزاد شدن فشار به طول اولیه خود بازگردند.آنها خواصی شبیه به الیاف سنتی از جمله انعطاف پذیری، قطر کوچک و طول طولانی دارند.با این حال، AMF از نظر حرکت و قدرت بیشتر از نمونه های معمولی خود فعال و کنترل می شود.با الهام از پیشرفت‌های سریع اخیر در منسوجات هوشمند، در اینجا چهار رویکرد اصلی برای تولید منسوجات هوشمند با استفاده از AMF برای یک فناوری تولید پارچه قدیمی ارائه می‌کنیم (شکل 1).
راه اول بافتن است.ما از فناوری بافندگی پود برای تولید یک پارچه بافتنی واکنش‌پذیر استفاده می‌کنیم که وقتی به صورت هیدرولیکی فعال می‌شود در یک جهت باز می‌شود.ورقه های بافتنی بسیار کشدار و کشدار هستند اما نسبت به ورق های بافته شده راحت تر باز می شوند.بسته به روش کنترل، AMF می تواند ردیف های جداگانه یا محصولات کامل را تشکیل دهد.علاوه بر ورق های تخت، الگوهای بافندگی لوله ای نیز برای ساخت سازه های توخالی AMF مناسب هستند.روش دوم بافتنی است که در آن از دو AMF به عنوان تار و پود استفاده می کنیم تا یک ورقه بافته مستطیلی شکل که می تواند به طور مستقل در دو جهت منبسط شود.ورق های بافته شده کنترل بیشتری (در هر دو جهت) نسبت به ورق های بافتنی فراهم می کنند.ما همچنین AMF را از نخ سنتی بافتیم تا یک ورق بافته ساده تر بسازیم که فقط در یک جهت باز می شود.روش سوم - انبساط شعاعی - گونه‌ای از تکنیک بافندگی است که در آن AMPها نه در یک مستطیل، بلکه در یک مارپیچ قرار دارند و نخ‌ها محدودیت شعاعی را ایجاد می‌کنند.در این حالت، قیطان تحت فشار ورودی به صورت شعاعی منبسط می شود.روش چهارم این است که AMF را روی یک ورقه پارچه غیرفعال بچسبانید تا حرکت خمشی در جهت دلخواه ایجاد کنید.ما با اجرای AMF در اطراف لبه آن، برد غیر فعال را به یک برد برک آوت فعال پیکربندی کرده ایم.این ماهیت قابل برنامه ریزی AMF امکانات بی شماری را برای ساختارهای نرم تغییر شکل دهنده شکل الهام گرفته از زیستی که در آن می توانیم اجسام غیرفعال را به اجسام فعال تبدیل کنیم، باز می کند.این روش ساده، آسان و سریع است، اما می تواند طول عمر نمونه اولیه را به خطر بیندازد.خواننده به رویکردهای دیگری در ادبیات اشاره می کند که نقاط قوت و ضعف هر ویژگی بافت را به تفصیل بیان می کند21،33،34،35.
بیشتر نخ ها یا نخ هایی که برای ساخت پارچه های سنتی استفاده می شوند دارای ساختارهای غیرفعال هستند.در این کار، ما از AMF که قبلا توسعه یافته بودیم، که می‌تواند به طول متر و قطر زیر میلی‌متر برسد، برای جایگزینی نخ‌های نساجی غیرفعال سنتی با AFM استفاده می‌کنیم تا پارچه‌های هوشمند و فعال برای طیف وسیع‌تری از کاربردها ایجاد کنیم.بخش‌های زیر روش‌های دقیق ساخت نمونه‌های اولیه نساجی هوشمند را تشریح می‌کنند و عملکردها و رفتارهای اصلی آن‌ها را ارائه می‌کنند.
ما سه پیراهن AMF را با استفاده از تکنیک بافتنی بافتنی (شکل 2A) ساختیم.انتخاب مواد و مشخصات دقیق برای AMF ها و نمونه های اولیه را می توان در بخش روش ها یافت.هر AMF یک مسیر پر پیچ و خم (که مسیر نیز نامیده می شود) را دنبال می کند که یک حلقه متقارن را تشکیل می دهد.حلقه های هر ردیف با حلقه های ردیف های بالا و پایین آنها ثابت می شود.حلقه های یک ستون عمود بر مسیر به یک شفت ترکیب می شوند.نمونه اولیه بافتنی ما از سه ردیف هفت بخیه (یا هفت بخیه) در هر ردیف تشکیل شده است.حلقه های بالا و پایین ثابت نیستند، بنابراین می توانیم آنها را به میله های فلزی مربوطه وصل کنیم.نمونه های اولیه بافتنی به دلیل سفتی بالاتر AMF در مقایسه با نخ های معمولی راحت تر از پارچه های بافتنی معمولی باز می شوند.بنابراین، حلقه های ردیف های مجاور را با طناب های الاستیک نازک گره زدیم.
نمونه های اولیه نساجی هوشمند مختلف با پیکربندی های مختلف AMF در حال پیاده سازی هستند.(الف) ورق بافتنی ساخته شده از سه AMF.(ب) ورق بافته شده دو طرفه از دو AMF.(ج) یک ورق بافته شده یک طرفه ساخته شده از AMF و نخ اکریلیک می تواند بار 500 گرمی را تحمل کند که 192 برابر وزن آن (2.6 گرم) است.(د) ساختار در حال گسترش شعاعی با یک AMF و نخ پنبه ای به عنوان محدودیت شعاعی.مشخصات دقیق را می توان در بخش روش ها یافت.
اگرچه حلقه های زیگزاگ یک بافتنی می توانند در جهات مختلف کشیده شوند، نمونه اولیه بافتنی ما به دلیل محدودیت در جهت حرکت، عمدتاً در جهت حلقه تحت فشار منبسط می شود.افزایش طول هر AMF به گسترش کل سطح ورق بافتنی کمک می کند.بسته به نیازهای خاص، ما می توانیم سه AMF را به طور مستقل از سه منبع سیال مختلف (شکل 2A) یا به طور همزمان از یک منبع سیال از طریق یک توزیع کننده سیال 1 به 3 کنترل کنیم.روی انجیر2A نمونه ای از نمونه اولیه بافتنی را نشان می دهد که مساحت اولیه آن 35٪ افزایش یافته است و در حالی که به سه AMP (1.2 MPa) فشار وارد می شود.قابل توجه است که AMF به کشیدگی بالایی دست‌کم 250 درصد از طول اصلی خود می‌رسد.
ما همچنین ورقه‌های بافت دوطرفه را با استفاده از تکنیک بافت ساده از دو AMF ایجاد کردیم (شکل 2B).تار و پود AMF در زوایای قائم در هم تنیده شده اند و یک الگوی متقاطع ساده را تشکیل می دهند.نمونه اولیه ما به عنوان یک بافت ساده متعادل طبقه بندی شد زیرا هر دو نخ تار و پود از یک اندازه نخ ساخته شده بودند (برای جزئیات به بخش روش ها مراجعه کنید).برخلاف نخ‌های معمولی که می‌توانند چین‌های تیز ایجاد کنند، AMF اعمال‌شده به شعاع خمشی خاصی در هنگام بازگشت به نخ دیگری از الگوی بافت نیاز دارد.بنابراین، ورق های بافته شده از AMP در مقایسه با منسوجات بافته شده معمولی تراکم کمتری دارند.AMF نوع S (قطر بیرونی 1.49 میلی متر) دارای حداقل شعاع خمشی 1.5 میلی متر است.به عنوان مثال، نمونه اولیه بافتی که در این مقاله ارائه می‌دهیم دارای الگوی نخ ۷×۷ است که در آن هر تقاطع با یک گره از بند نازک الاستیک تثبیت می‌شود.با استفاده از همان تکنیک بافت، می توانید رشته های بیشتری بدست آورید.
هنگامی که AMF مربوطه فشار سیال را دریافت می کند، ورق بافته شده منطقه خود را در جهت تار یا پود گسترش می دهد.بنابراین، ما ابعاد ورق بافته شده (طول و عرض) را با تغییر مستقل مقدار فشار ورودی اعمال شده به دو AMP کنترل کردیم.روی انجیر2B یک نمونه اولیه بافته شده را نشان می دهد که تا 44٪ از مساحت اصلی خود گسترش یافته است در حالی که فشار را به یک AMP (1.3 MPa) اعمال می کند.با اعمال فشار همزمان روی دو AMF، مساحت 108 درصد افزایش یافت.
ما همچنین یک ورق بافته شده یک طرفه از یک AMF با نخ های تار و اکریلیک به عنوان پود ساختیم (شکل 2C).AMF ها در هفت ردیف زیگزاگ چیده شده اند و نخ ها این ردیف های AMF را به هم می بافند تا یک ورقه مستطیل شکل از پارچه را تشکیل دهند.این نمونه اولیه بافته شده به لطف نخ های اکریلیک نرم که به راحتی کل ورق را پر می کرد، متراکم تر از شکل 2B بود.از آنجایی که ما فقط از یک AMF به عنوان تار استفاده می کنیم، ورق بافته شده تنها می تواند تحت فشار به سمت تار منبسط شود.شکل 2C نمونه ای از نمونه اولیه بافته شده را نشان می دهد که مساحت اولیه آن با افزایش فشار (1.3 مگاپاسکال) 65٪ افزایش می یابد.علاوه بر این، این قطعه بافته شده (با وزن 2.6 گرم) می تواند بار 500 گرمی را که 192 برابر جرم آن است، بلند کند.
به جای چیدمان AMF در الگوی زیگزاگ برای ایجاد یک ورق بافته شده مستطیلی، ما یک شکل مارپیچی مسطح از AMF ساختیم که سپس به صورت شعاعی با نخ پنبه ای محدود شد تا یک ورق بافته شده گرد ایجاد شود (شکل 2D).سفتی بالای AMF پر شدن آن در ناحیه مرکزی صفحه را محدود می کند.با این حال، این بالشتک را می توان از نخ های الاستیک یا پارچه های الاستیک تهیه کرد.با دریافت فشار هیدرولیک، AMP ازدیاد طولی خود را به انبساط شعاعی ورق تبدیل می کند.همچنین شایان ذکر است که هر دو قطر بیرونی و داخلی شکل مارپیچی به دلیل محدودیت شعاعی رشته ها افزایش یافته است.شکل 2D نشان می دهد که با فشار هیدرولیک اعمال شده 1 مگاپاسکال، شکل یک ورق گرد به 25٪ از مساحت اصلی خود منبسط می شود.
ما در اینجا یک رویکرد دوم برای ساخت منسوجات هوشمند ارائه می دهیم که در آن یک AMF را به یک تکه پارچه صاف می چسبانیم و آن را از یک ساختار غیرفعال به یک ساختار کنترل شده به طور فعال پیکربندی می کنیم.نمودار طراحی درایو خمشی در شکل نشان داده شده است.3A، که در آن AMP از وسط تا می شود و با استفاده از نوار دو طرفه به عنوان چسب به نواری از پارچه غیر قابل امتداد (پارچه خراطین نخی) چسبانده می شود.پس از مهر و موم شدن، قسمت بالای AMF آزاد می شود، در حالی که قسمت پایین توسط نوار و پارچه محدود می شود و باعث می شود که نوار به سمت پارچه خم شود.ما می‌توانیم هر قسمت از محرک خم را در هر جایی با چسباندن نوار چسب روی آن غیرفعال کنیم.یک قطعه غیرفعال نمی تواند حرکت کند و به یک قطعه غیرفعال تبدیل می شود.
پارچه ها با چسباندن AMF روی پارچه های سنتی دوباره پیکربندی می شوند.(الف) مفهوم طراحی برای درایو خمشی که با چسباندن یک AMF تا شده روی پارچه غیر قابل امتداد ساخته شده است.(ب) خم شدن نمونه اولیه محرک.(ج) پیکربندی مجدد یک پارچه مستطیل شکل به یک ربات چهار پا فعال.پارچه غیر کشسان: جرسی پنبه ای.پارچه کشسان: پلی استر.مشخصات دقیق را می توان در بخش روش ها یافت.
ما چندین محرک خمشی با طول های مختلف ساختیم و آنها را با هیدرولیک تحت فشار قرار دادیم تا یک حرکت خمشی ایجاد کنیم (شکل 3B).نکته مهم این است که AMF را می توان در یک خط مستقیم قرار داد یا تا کرد تا چندین رشته تشکیل دهد و سپس به پارچه چسباند تا یک درایو خمشی با تعداد مناسب نخ ایجاد شود.ما همچنین ورقه بافت غیرفعال را به یک ساختار چهارپایان فعال تبدیل کردیم (شکل 3C)، که در آن از AMF برای مسیریابی مرزهای یک بافت غیر قابل امتداد مستطیل شکل (پارچه موسلین پنبه ای) استفاده کردیم.AMP با یک تکه نوار چسب دو طرفه به پارچه متصل می شود.وسط هر لبه چسبانده می شود تا منفعل شود، در حالی که چهار گوشه آن فعال می مانند.روکش پارچه ای کشسان (پلی استر) اختیاری است.چهار گوشه پارچه هنگام فشار دادن خم می شود (شبیه پاها به نظر می رسد).
ما یک میز آزمایش برای مطالعه کمی خواص منسوجات هوشمند توسعه‌یافته ساختیم (به بخش روش‌ها و شکل تکمیلی S1 مراجعه کنید).از آنجایی که همه نمونه‌ها از AMF ساخته شده‌اند، روند کلی نتایج تجربی (شکل 4) با ویژگی‌های اصلی AMF، یعنی فشار ورودی نسبت مستقیم با ازدیاد طول خروجی و نسبت عکس با نیروی فشار دارد، مطابقت دارد.با این حال، این پارچه های هوشمند دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که نشان دهنده تنظیمات خاص آنها است.
دارای تنظیمات نساجی هوشمند.(A, B) منحنی هیسترزیس برای فشار ورودی و ازدیاد طول خروجی و نیروی برای ورق های بافته شده.(ج) گسترش ناحیه ورق بافته شده.(D,E) رابطه بین فشار ورودی و ازدیاد طول و نیروی خروجی برای لباس بافتنی.(F) گسترش ناحیه سازه های در حال گسترش شعاعی.(ز) زوایای خمشی سه طول مختلف درایوهای خمشی.
هر AMF از ورق بافته شده تحت فشار ورودی 1 مگاپاسکال قرار گرفت تا تقریباً 30٪ کشیدگی ایجاد شود (شکل 4A).ما این آستانه را برای کل آزمایش به چند دلیل انتخاب کردیم: (1) ایجاد کشیدگی قابل توجه (تقریباً 30٪) برای تأکید بر منحنی‌های پسماند آنها، (2) برای جلوگیری از دوچرخه‌سواری از آزمایش‌های مختلف و نمونه‌های اولیه قابل استفاده مجدد که منجر به آسیب یا شکست تصادفی می‌شود..تحت فشار سیال بالامنطقه مرده به وضوح قابل مشاهده است و قیطان تا زمانی که فشار ورودی به 0.3 مگاپاسکال برسد بی حرکت می ماند.نمودار پسماند ازدیاد طول فشار، شکاف بزرگی را بین فازهای پمپاژ و رهاسازی نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد زمانی که ورق بافته شده حرکت خود را از انبساط به انقباض تغییر می‌دهد، انرژی از دست می‌رود.(شکل 4A).پس از بدست آوردن فشار ورودی 1 مگاپاسکال، ورق بافته شده می تواند نیروی انقباضی 5.6 نیوتن را اعمال کند (شکل 4B).نمودار پسماند فشار-نیروی همچنین نشان می دهد که منحنی تنظیم مجدد تقریباً با منحنی افزایش فشار همپوشانی دارد.گسترش سطح ورق بافته شده به مقدار فشار اعمال شده به هر یک از دو AMF بستگی دارد، همانطور که در نمودار سطح سه بعدی نشان داده شده است (شکل 4C).آزمایش‌ها همچنین نشان می‌دهند که یک ورق بافته می‌تواند 66% انبساط سطحی ایجاد کند که AMFهای تار و پود آن به طور همزمان تحت فشار هیدرولیکی 1 مگاپاسکال قرار گیرند.
نتایج تجربی برای ورق بافتنی یک الگوی مشابه با ورق بافته شده را نشان می‌دهد، از جمله شکاف پسماند گسترده در نمودار تنش-فشار و منحنی‌های فشار-نیروی همپوشانی دارند.ورق بافتنی ازدیاد طول 30 درصد را نشان داد که پس از آن نیروی فشرده سازی 9 نیوتن در فشار ورودی 1 مگاپاسکال بود (شکل 4D، E).
در مورد ورق گرد بافته شده، مساحت اولیه آن در مقایسه با سطح اولیه پس از قرار گرفتن در معرض فشار مایع 1 مگاپاسکال، 25 درصد افزایش یافت (شکل 4F).قبل از اینکه نمونه شروع به انبساط کند، یک ناحیه مرده فشار ورودی بزرگ تا 0.7 مگاپاسکال وجود دارد.این منطقه مرده بزرگ انتظار می رفت زیرا نمونه ها از AMF های بزرگتر ساخته شده بودند که برای غلبه بر استرس اولیه خود به فشارهای بالاتری نیاز داشتند.روی انجیر4F همچنین نشان می‌دهد که منحنی آزادسازی تقریباً با منحنی افزایش فشار منطبق است، که نشان‌دهنده اتلاف انرژی کمی در هنگام تغییر حرکت دیسک است.
نتایج تجربی برای سه محرک خمشی (پیکربندی مجدد بافت) نشان می‌دهد که منحنی‌های پسماند آنها دارای الگوی مشابهی هستند (شکل 4G)، جایی که آنها قبل از بلند کردن، یک ناحیه مرده فشار ورودی تا 0.2 مگاپاسکال را تجربه می‌کنند.ما همان حجم مایع (0.035 میلی لیتر) را روی سه درایو خمشی (L20، L30 و L50 میلی متر) اعمال کردیم.با این حال، هر یک از محرک‌ها پیک‌های فشار متفاوتی را تجربه کردند و زوایای خمشی متفاوتی ایجاد کردند.محرک های L20 و L30 میلی متر فشار ورودی 0.72 و 0.67 MPa را تجربه کردند و به ترتیب به زوایای خمشی 167 درجه و 194 درجه رسیدند.طولانی ترین درایو خمشی (طول 50 میلی متر) فشار 0.61 مگاپاسکال را تحمل کرد و به حداکثر زاویه خمش 236 درجه رسید.نمودارهای پسماند زاویه فشار همچنین شکاف های نسبتاً بزرگی را بین منحنی های فشار و رهاسازی برای هر سه درایو خمشی نشان داد.
رابطه بین حجم ورودی و ویژگی های خروجی (ازدیاد طول، نیرو، انبساط سطح، زاویه خمش) برای پیکربندی های نساجی هوشمند فوق را می توان در شکل تکمیلی S2 یافت.
نتایج تجربی در بخش قبل به وضوح رابطه متناسب بین فشار ورودی اعمال شده و ازدیاد طول خروجی نمونه‌های AMF را نشان می‌دهد.هرچه AMB قوی‌تر باشد، ازدیاد طول بیشتری ایجاد می‌کند و انرژی الاستیک بیشتری انباشته می‌شود.از این رو، نیروی فشاری آن بیشتر است.همچنین نتایج نشان داد که زمانی که فشار ورودی به طور کامل حذف شد، نمونه‌ها به حداکثر نیروی فشاری خود رسیدند.هدف این بخش ایجاد رابطه مستقیم بین ازدیاد طول و حداکثر نیروی انقباض ورق های بافتنی و بافته شده از طریق مدل سازی تحلیلی و تایید تجربی است.
حداکثر نیروی انقباضی Fout (در فشار ورودی P = 0) یک AMF منفرد در رفرنس 49 داده شد و به صورت زیر دوباره معرفی شد:
در میان آنها α، E و A0 به ترتیب عامل کشش، مدول یانگ و سطح مقطع لوله سیلیکونی هستند.k ضریب سختی سیم پیچ مارپیچی است.x و li به صورت افست و طول اولیه هستند.AMP به ترتیب.
معادله درست(1) ورق های بافتنی و بافته شده را به عنوان مثال در نظر بگیرید (شکل 5A, B).نیروهای انقباض محصول بافتنی Fkv و محصول بافته شده Fwh به ترتیب با رابطه (2) و (3) بیان می شوند.
که در آن mk تعداد حلقه ها، φp زاویه حلقه پارچه بافتنی در حین تزریق است (شکل 5A)، mh تعداد نخ ها، θhp زاویه درگیری پارچه بافتنی در حین تزریق است (شکل 5B)، εkv εwh ورق بافتنی و تغییر شکل ورق بافته شده است، F0 کشش اولیه سیم پیچ مارپیچی است.استخراج تفصیلی معادله.(2) و (3) را می توان در اطلاعات پشتیبانی یافت.
یک مدل تحلیلی برای رابطه کشش-نیروی ایجاد کنید.(A,B) تصاویر مدل تحلیلی به ترتیب برای ورق های بافتنی و بافته شده.(C,D) مقایسه مدل های تحلیلی و داده های تجربی برای ورق های بافتنی و بافته شده.RMSE Root میانگین مربعات خطا.
برای آزمایش مدل توسعه‌یافته، آزمایش‌های کشیدگی را با استفاده از الگوهای بافتنی در شکل 2A و نمونه‌های بافته شده در شکل 2B انجام دادیم.نیروی انقباض در 5% افزایش برای هر اکستنشن قفل شده از 0% تا 50% اندازه گیری شد.میانگین و انحراف معیار پنج آزمایش در شکل 5C (بافندگی) و شکل 5D (بافندگی) ارائه شده است.منحنی های مدل تحلیلی با معادلات توصیف می شوند.پارامترهای (2) و (3) در جدول آورده شده است.1. نتایج نشان می‌دهد که مدل تحلیلی با داده‌های تجربی در کل محدوده کشیدگی با ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) 0.34 نیوتن برای لباس بافتنی، 0.21 نیوتن برای AMF H بافته شده (جهت افقی) و 0.17 نیوتن مطابقت دارد. برای AMF بافته شدهV (جهت عمودی).
علاوه بر حرکات اولیه، منسوجات هوشمند پیشنهادی را می توان به صورت مکانیکی برنامه ریزی کرد تا حرکات پیچیده تری مانند خمش S، انقباض شعاعی و تغییر شکل دو بعدی به سه بعدی را ارائه دهد.ما در اینجا چندین روش برای برنامه ریزی منسوجات هوشمند تخت در ساختارهای مورد نظر ارائه می دهیم.
علاوه بر گسترش دامنه در جهت خطی، ورق های بافته شده یک طرفه را می توان به صورت مکانیکی برای ایجاد حرکت چندوجهی برنامه ریزی کرد (شکل 6A).ما امتداد ورق بافته شده را به عنوان یک حرکت خمشی دوباره پیکربندی می کنیم و یکی از وجه های آن (بالا یا پایین) را با نخ دوخت محدود می کنیم.ورق ها تحت فشار تمایل دارند به سمت سطح مرزی خم شوند.روی انجیرشکل 6A دو نمونه از پانل‌های بافته شده را نشان می‌دهد که هنگامی که یک نیمه در سمت بالا و نیمه دیگر در سمت پایین تنگ است، به شکل S تبدیل می‌شوند.از طرف دیگر، می توانید یک حرکت خمشی دایره ای ایجاد کنید که در آن فقط کل صورت محدود شود.یک ورق بافته یک طرفه را نیز می توان با اتصال دو سر آن به یک ساختار لوله ای به یک آستین فشاری تبدیل کرد (شکل 6B).آستین روی انگشت اشاره فرد پوشیده می شود تا فشرده سازی ایجاد کند، نوعی ماساژ درمانی برای تسکین درد یا بهبود گردش خون.می توان آن را به گونه ای تنظیم کرد که با سایر قسمت های بدن مانند بازوها، باسن و پاها مناسب باشد.
قابلیت بافتن ورق در یک جهت.(الف) ایجاد ساختارهای تغییر شکل پذیر به دلیل قابلیت برنامه ریزی شکل نخ های دوخت.(ب) آستین فشرده سازی انگشت.(ج) نسخه دیگری از ورق بافته و اجرای آن به عنوان آستین فشاری ساعد.(د) نمونه اولیه آستین فشاری دیگر ساخته شده از AMF نوع M، نخ اکریلیک و تسمه های Velcro.مشخصات دقیق را می توان در بخش روش ها یافت.
شکل 6C نمونه دیگری از یک ورق بافته شده یک طرفه را نشان می دهد که از یک AMF منفرد و نخ پنبه ای ساخته شده است.ورق می تواند 45٪ در سطح (در 1.2 مگاپاسکال) منبسط شود یا باعث حرکت دایره ای تحت فشار شود.ما همچنین یک ورق را برای ایجاد یک آستین فشرده سازی ساعد با اتصال تسمه های مغناطیسی به انتهای ورق تعبیه کرده ایم.نمونه اولیه دیگر آستین فشرده سازی ساعد در شکل 6D نشان داده شده است که در آن ورق های بافته شده یک طرفه از نوع M AMF (به روش ها مراجعه کنید) و نخ های اکریلیک برای ایجاد نیروهای فشرده سازی قوی تر ساخته شده است.برای اتصال آسان و برای اندازه های مختلف دست، انتهای ورق ها را به تسمه های Velcro مجهز کرده ایم.
تکنیک مهار، که امتداد خطی را به حرکت خمشی تبدیل می کند، برای ورق های بافته شده دو طرفه نیز قابل استفاده است.نخ های پنبه ای را در یک طرف تار می بافیم و ورقه های بافته شده را می بافیم تا منبسط نشوند (شکل 7 الف).بنابراین، هنگامی که دو AMF مستقل از یکدیگر فشار هیدرولیک را دریافت می کنند، ورق تحت یک حرکت خمشی دو جهته قرار می گیرد تا یک ساختار سه بعدی دلخواه را تشکیل دهد.در رویکردی دیگر، ما از نخ های غیر قابل امتداد برای محدود کردن یک جهت ورق های بافته شده دو طرفه استفاده می کنیم (شکل 7B).بنابراین، زمانی که AMF مربوطه تحت فشار است، ورق می تواند حرکات خمشی و کششی مستقل انجام دهد.روی انجیر7B مثالی را نشان می دهد که در آن یک ورقه بافته دو طرفه کنترل می شود تا با حرکت خمشی به دور دو سوم انگشت انسان بپیچد و سپس طول آن را گسترش دهد تا بقیه را با حرکت کششی بپوشاند.حرکت دو طرفه ملحفه ها می تواند برای طراحی مد یا توسعه لباس هوشمند مفید باشد.
ورق بافته شده دو جهته، ورق بافتنی و قابلیت طراحی شعاعی قابل گسترش.(الف) پانل های حصیری دو جهته پیوند خورده برای ایجاد یک خم دو طرفه.(ب) پانل های حصیری دو جهته محدود یک طرفه باعث انعطاف و ازدیاد طول می شود.(C) ورق بافتنی بسیار الاستیک، که می تواند با انحنای سطوح مختلف مطابقت داشته باشد و حتی ساختارهای لوله ای را تشکیل دهد.(د) تعیین حدود خط مرکزی یک ساختار شعاعی در حال انبساط که شکل سهموی هذلولی (چیپس سیب زمینی) را تشکیل می دهد.
دو حلقه مجاور ردیف بالا و پایین قسمت بافتنی را با نخ دوخت وصل کردیم تا باز نشود (شکل 7C).بنابراین، ورق بافته شده کاملاً انعطاف پذیر است و به خوبی با انحناهای سطحی مختلف مانند سطح پوست دست و بازوهای انسان سازگار است.همچنین با اتصال انتهای قسمت بافتنی در جهت حرکت یک ساختار لوله ای (آستین) ایجاد کردیم.آستین به خوبی دور انگشت اشاره فرد پیچیده می شود (شکل 7C).سینوسی پارچه بافته شده تناسب و تغییر شکل عالی را فراهم می کند و استفاده از آن را در پوشیدن هوشمند (دستکش، آستین فشاری)، راحتی (از طریق تناسب) و اثر درمانی (از طریق فشرده سازی) آسان می کند.
علاوه بر انبساط شعاعی دوبعدی در جهات مختلف، ورق های بافته شده دایره ای نیز می توانند برای تشکیل ساختارهای سه بعدی برنامه ریزی شوند.خط مرکزی نوار گرد را با نخ اکریلیک محدود کردیم تا انبساط شعاعی یکنواخت آن را مختل کنیم.در نتیجه، شکل مسطح اولیه ورق گرد بافته شده پس از فشار به شکل سهموی هذلولی (یا چیپس سیب زمینی) تبدیل شد (شکل 7D).این توانایی تغییر شکل می تواند به عنوان یک مکانیسم بالابر، یک لنز نوری، پاهای ربات متحرک اجرا شود یا می تواند در طراحی مد و ربات های بیونیک مفید باشد.
ما یک تکنیک ساده برای ایجاد درایوهای خمشی با چسباندن AMF بر روی نواری از پارچه غیر کششی ایجاد کرده‌ایم (شکل 3).ما از این مفهوم برای ایجاد رشته های قابل برنامه ریزی شکل استفاده می کنیم که در آن می توانیم چندین بخش فعال و غیرفعال را به صورت استراتژیک در یک AMF برای ایجاد اشکال دلخواه توزیع کنیم.ما چهار رشته فعال را ساختیم و برنامه ریزی کردیم که می توانستند با افزایش فشار شکل خود را از مستقیم به حرف (UNSW) تغییر دهند (شکل تکمیلی S4).این روش ساده به تغییر شکل AMF اجازه می دهد تا خطوط 1 بعدی را به اشکال دو بعدی و احتمالاً ساختارهای 3 بعدی تبدیل کند.
در یک رویکرد مشابه، ما از یک AMF واحد برای پیکربندی مجدد یک قطعه از بافت طبیعی غیرفعال به یک چهارپایان فعال استفاده کردیم (شکل 8A).مفاهیم مسیریابی و برنامه نویسی مشابه آنچه در شکل 3C نشان داده شده است.با این حال، به جای ورق های مستطیلی، آنها شروع به استفاده از پارچه هایی با طرح چهارپا (لاک پشت، خراطین پنبه ای) کردند.بنابراین، پاها بلندتر هستند و ساختار را می توان بالاتر برد.ارتفاع سازه تحت فشار به تدریج افزایش می یابد تا اینکه پاهای آن بر زمین عمود شود.اگر فشار ورودی به افزایش ادامه یابد، پاها به سمت داخل آویزان می شوند و ارتفاع سازه را کاهش می دهند.اگر پاهای آنها به الگوهای یک جهته مجهز باشد یا از چندین AMF با استراتژی های دستکاری حرکتی استفاده کند، چهارپایان می توانند حرکت را انجام دهند.ربات‌های حرکتی نرم برای کارهای مختلفی از جمله نجات از آتش‌سوزی‌ها، ساختمان‌های فروریخته یا محیط‌های خطرناک و ربات‌های دارورسان پزشکی مورد نیاز هستند.
پارچه برای ایجاد ساختارهای تغییر شکل مجدد پیکربندی شده است.(الف) AMF را به مرز ورق پارچه غیرفعال بچسبانید و آن را به یک ساختار چهار پایه قابل هدایت تبدیل کنید.(BD) دو نمونه دیگر از پیکربندی مجدد بافت، تبدیل پروانه ها و گل های غیرفعال به پروانه های فعال.پارچه بدون کشش: موسلین پنبه ای ساده.
ما همچنین از سادگی و تطبیق پذیری این تکنیک پیکربندی مجدد بافت با معرفی دو ساختار الهام‌گرفته از بیولوژیک اضافی برای شکل‌دهی مجدد بهره می‌بریم (شکل‌های 8B-D).با یک AMF قابل مسیریابی، این ساختارهای تغییر شکل پذیر از صفحات بافت غیرفعال به ساختارهای فعال و قابل هدایت مجدداً پیکربندی می شوند.با الهام از پروانه سلطنتی، با استفاده از یک تکه پارچه پروانه ای شکل (مسلین پنبه ای) و یک قطعه بلند AMF که زیر بال های آن چسبیده بود، یک ساختار پروانه ای متحول ساختیم.هنگامی که AMF تحت فشار است، بال ها جمع می شوند.مانند Monarch Butterfly، بال‌های چپ و راست ربات پروانه‌ای نیز به یک شکل تکان می‌خورند زیرا هر دو توسط AMF کنترل می‌شوند.فلپ های پروانه ای فقط برای اهداف نمایشی هستند.نمی تواند مانند پرنده هوشمند (Festo Corp.، ایالات متحده آمریکا) پرواز کند.ما همچنین یک گل پارچه ای (شکل 8D) ساختیم که از دو لایه پنج گلبرگ تشکیل شده است.AMF را زیر هر لایه بعد از لبه بیرونی گلبرگ ها قرار دادیم.در ابتدا، گل ها در شکوفه کامل هستند و همه گلبرگ ها کاملاً باز هستند.تحت فشار، AMF باعث حرکت خمشی گلبرگ ها می شود و باعث بسته شدن آنها می شود.دو AMF به طور مستقل حرکت دو لایه را کنترل می کنند، در حالی که پنج گلبرگ یک لایه به طور همزمان خم می شوند.