Onderzoekers van de Carnegie Mellon University hebben computergestuurde breimachines gebruikt om knuffels en andere gebreide objecten te maken die worden aangedreven door pezen. Het is een benadering die volgens hen ooit zou kunnen worden gebruikt om op een kosteneffectieve manier zachte robots en draagbare technologieën te maken.

Software ontwikkeld door onderzoekers van CMU's Morphing Matter Lab en Dev Lab in het Human-Computer Interaction Institute maakt het mogelijk dat de objecten uit de breimachines komen in de gewenste vorm en met reeds ingebedde pezen. Ze kunnen dan worden gevuld en de pezen worden vastgemaakt aan motoren, als nodig.

Lea Albaugh, een doctoraat student die het onderzoek leidde, ontwikkelde de pees-inbeddingstechniek en verkende deze ontwerpruimte om lampenkappen te maken die van vorm veranderen, knuffelfiguren die knuffels geven als er in de buik wordt geprikt en zelfs een trui met een mouw die vanzelf beweegt. Hoewel grotendeels fantasierijk, deze objecten demonstreren mogelijkheden die uiteindelijk serieuze toepassingen kunnen hebben, zoals zachte robots.

"Soft robotica is een groeiend veld, "Albaugh merkte op. "Het idee is om robots te bouwen van materialen die inherent veilig zijn voor mensen om in de buurt te zijn, dus het zou heel moeilijk zijn om iemand pijn te doen. Aangedreven zachte componenten zouden goedkoop te produceren zijn op commerciële breimachines.

"We hebben zoveel zachte objecten in ons leven en velen van hen zouden interactief gemaakt kunnen worden met deze technologie, " voegde ze eraan toe. "Een kledingstuk kan deel uitmaken van uw persoonlijke informatiesysteem. je trui, bijvoorbeeld, kan je op je schouder tikken om je aandacht te krijgen. De stof van een stoel kan dienen als een haptische interface. Rugzakken gaan misschien vanzelf open."

Albaugh en haar mede-onderzoekers, HCII-faculteitsleden Scott Hudson en Lining Yao, zullen hun onderzoek presenteren op CHI 2019, de Association for Computing Machinery's conferentie over menselijke factoren in computersystemen, 4-9 mei in Glasgow, Schotland. Een video is online beschikbaar.

Commerciële breimachines zijn goed ontwikkeld en worden veel gebruikt, maar vereisen over het algemeen een nauwgezette programmering voor elk kledingstuk. Dit nieuwe onderzoek bouwt voort op eerder CMU-werk om het proces te automatiseren, waardoor het gemakkelijker wordt om deze massaproductiemachines te gebruiken om op maat gemaakte en eenmalige ontwerpen te maken.

"Het is een vrij handige pijplijn om te gebruiken voor het produceren van geactiveerde gebreide objecten, " zei Yao, assistent-professor in HCII. Andere onderzoekers hebben geëxperimenteerd met geactiveerde textielobjecten, merkte ze op, maar werden geconfronteerd met de tijdrovende taak om pezen toe te voegen aan voltooide items. Het inbedden van pezen in de materialen zoals ze worden gemaakt, bespaart tijd en moeite, en voegt precisie toe aan de bediening.

De onderzoekers ontwikkelden methoden om peespaden horizontaal in te bedden, verticaal en diagonaal in stoffen lakens en buizen. Ze toonden aan dat de vorm van de stof, gecombineerd met de oriëntatie van het peespad, kan een verscheidenheid aan bewegingseffecten produceren. Deze omvatten asymmetrische bochten, S-vormige bochten en wendingen. Stijfheid van de objecten kan worden aangepast door ze te vullen met verschillende materialen, zoals die beschikbaar zijn voor hobbyisten.

Er kunnen een aantal peesmaterialen worden gebruikt, inclusief polyester gewikkeld quiltgaren, puur zijden garen en nylon monofilament.

Naast het bedienen van de objecten, deze technieken kunnen ook detectiemogelijkheden aan objecten toevoegen. Door sensoren aan elke pees te bevestigen, bijvoorbeeld, het is mogelijk om de richting te voelen waarin het object wordt gebogen of gedraaid. Door te breien met geleidend garen, onderzoekers toonden aan dat ze zowel contactpads voor capacitieve aanrakingsdetectie als spanningssensoren konden maken om te detecteren of een staal uitgerekt is.

3D-printen wordt al gebruikt om op maat gemaakte, aangedreven objecten en robotcomponenten, Albaugh zei, hoewel de materialen vaak hard zijn. Computergestuurd breien heeft de potentie om de mogelijkheden uit te breiden en de resultaten mensvriendelijker te maken.

"Ik denk dat er een enorme kracht zit in het gebruik van materialen die mensen al associëren met comfort, " ze zei.