Due to recent progress on wearable robotics, developing high-performance fabric and textile actuators to be integrated with various soft electronic devices is urgently needed and remains a challenging issue. Here, this work reports a novel knot-architectured fabric actuator (KAFA), showing superior features such as self-locking crossings, mechanical robustness, facile fabrication at very low cost, high force generation and large actuation strain. The actuation principle of KAFA is based on the shape recovery of constituent nitinol fibers that can restore the memorized curvature in the knotted architectures. Further, the KAFA can be conveniently operated by Joule heating, resulting in reliable actuation due to its seamlessly conductive circuit network. In addition, the KAFA shows exceptionally high force up to 4.3 times that of conventional knitted fabric actuators and 1,373 times its own weight, and around 30% actuation strain. The newly developed fabric actuators are applied to a wearable actuation device to lift weighty luggage and an adaptive controllable surface to grip spiky, irregular, fragile and slippery objects. These applications demonstrate the wide potential of KAFAs for future wearable robotic products such as rehabilitative devices and powered exoskeletons.
최근 웨어러블 로봇 기술의 발전과 함께 다양한 소프트 전자기기와 통합 가능한 섬유 기반의 고성능 액추에이터 개발이 중요해지고 있다. 이에 본 연구는 낮은 비용으로 간단한 제작이 가능하고, 우수한 힘 출력, 기계적 물성 및 작동 범위를 갖는 새로운 매듭 구조의 자기 고정형 섬유 액추에이터(KAFA)를 제시한다. KAFA는 니티놀 섬유를 이용한 매듭 구조로 이루어져 있으며, 기억된 곡률을 복원할 수 있는 형태 회복 메커니즘을 활용한다. 따라서, KAFA는 줄 히팅에 의해 편리하게 작동 가능할 뿐 아니라 이음매 없는 전도성 네트워크로 이루어져 안정적인 구동이 가능하다. KAFA는 기존 섬유 액추에이터에 비해 최대 4.3배 향상되었으며, 자체 중량의 1,373배에 달하는 힘과 약 30%의 높은 변형률을 지닌다. 또한, 제어 가능한 적응형 표면을 지녀 무거운 수하물을 들어 올리는 웨어러블 기기, 혹은 불규칙하거나 깨지기 쉽고, 미끄러운 물체의 운송에 적용할 수 있다. 본 연구에서 새롭게 제시된 자기 고정형 액추에이터는 재활 기기, 외골격 수트와 더불어 미래의 웨어러블 로봇 제품 구현에 크게 기여할 것이다.
