线状泵可以织成衣服

如今，许多基于流体的可穿戴辅助技术需要一个大而嘈杂的泵，这是不切实际的——如果不是不可能的话——集成到衣服中。这导致了一个矛盾：可穿戴设备通常与不可穿戴的泵相连。现在，工程学院软换能器实验室 ( LMTS ) 的研究人员已经开发出一种优雅简单的解决方案来解决这一难题。

“我们推出了世界上第一个纤维形式的泵;本质上，管道会产生自己的压力和流速，”LMTS 负责人 Herbert Shea 说。“现在，我们可以将我们的纤维泵直接缝入纺织品和服装中，而无需使用传统的泵。”

该研究已发表在《科学》杂志上。

重量轻、功能强大……且可水洗

Shea 的实验室拥有前瞻性流体学的历史。2019 年，他们生产出了世界上第一款可拉伸泵。

“这项工作建立在我们上一代软泵的基础上，”LMTS 博士后研究员兼该研究的主要作者迈克尔史密斯说。“纤维形式使我们能够制造更轻、更强大的泵，这些泵本质上与可穿戴技术更兼容。”

LMTS 纤维泵使用称为电荷注入电流体动力学 (EHD) 的原理来产生没有任何移动部件的流体流。嵌入泵壁的两个螺旋电极电离并加速特殊非导电液体的分子。离子运动和电极形状产生净正向流体流动，从而实现安静、无振动的操作，并且只需要手掌大小的电源和电池。

为了实现泵的独特结构，研究人员开发了一种新颖的制造技术，包括将铜线和聚氨酯线缠绕在一根钢棒上，然后用热将它们熔合。移除杆后，可以使用标准编织和缝纫技术将 2 毫米纤维整合到纺织品中。

该泵的简单设计具有许多优点。所需材料便宜且容易获得，并且制造过程可以轻松放大。由于泵产生的压力大小与其长度直接相关，因此可以切割管子以匹配应用，从而优化性能同时最大限度地减轻重量。坚固的设计也可以用传统的洗涤剂清洗。

从外骨骼到虚拟现实

作者已经展示了如何将这些纤维泵用于令人兴奋的新型可穿戴技术。例如，对于那些在极端温度环境或治疗环境中工作的人来说，它们可以通过服装循环冷热液体，以帮助控制炎症;甚至对于那些希望优化运动表现的人。

“无论如何，这些应用都需要很长的管道，在我们的例子中，管道就是泵。这意味着我们可以制造非常简单和轻便的流体回路，佩戴起来方便舒适，”Smith 说。

该研究还描述了由织物和嵌入式纤维泵制成的人造肌肉，可用于为软外骨骼提供动力，以帮助患者移动和行走。

该泵甚至可以通过模拟温度感为虚拟现实世界带来新的维度。在这种情况下，用户戴上手套，手套上装有热液或冷液泵，让他们在接触虚拟物体时感受到温度变化。

为未来加油

研究人员已经在寻求提高他们设备的性能。“这些泵已经运行良好，我们相信，通过更多的工作，我们可以继续在效率和使用寿命等方面做出改进，”Smith 说。扩大纤维泵生产的工作已经开始，LMTS 还计划将它们嵌入到更复杂的可穿戴设备中。

“我们相信这项创新将改变可穿戴技术的游戏规则，”Shea 说。