سیال سے چلنے والے مصنوعی پٹھوں کے ریشوں کا استعمال کرتے ہوئے اسمارٹ ٹیکسٹائل

Nature.com پر جانے کا شکریہ۔آپ محدود سی ایس ایس سپورٹ کے ساتھ براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں۔بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو غیر فعال کریں)۔اس کے علاوہ، جاری تعاون کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائل اور جاوا اسکرپٹ کے دکھاتے ہیں۔
ایک ساتھ تین سلائیڈوں کا ایک carousel دکھاتا ہے۔ایک وقت میں تین سلائیڈوں سے گزرنے کے لیے پچھلے اور اگلے بٹنوں کا استعمال کریں، یا ایک وقت میں تین سلائیڈوں سے گزرنے کے لیے آخر میں سلائیڈر بٹن استعمال کریں۔
سمارٹ ٹیکسٹائل بنانے کے لیے ٹیکسٹائل اور مصنوعی پٹھوں کو ملانا سائنسی اور صنعتی دونوں برادریوں کی طرف سے بہت زیادہ توجہ مبذول کر رہا ہے۔سمارٹ ٹیکسٹائل بہت سے فوائد پیش کرتے ہیں، بشمول انکولی سکون اور مطلوبہ حرکت اور طاقت کے لیے فعال عمل فراہم کرتے ہوئے اشیاء کے لیے اعلیٰ درجے کی مطابقت۔یہ مضمون پروگرام کے قابل سمارٹ فیبرکس کی ایک نئی کلاس پیش کرتا ہے جو سیال سے چلنے والے مصنوعی پٹھوں کے ریشوں کو بُننے، بُنائی اور چپکنے کے مختلف طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے بنایا گیا ہے۔بنا ہوا اور بنے ہوئے ٹیکسٹائل شیٹس کی لمبائی کی قوت کے تناسب کو بیان کرنے کے لیے ایک ریاضیاتی ماڈل تیار کیا گیا تھا، اور پھر اس کی درستگی کو تجرباتی طور پر جانچا گیا تھا۔نئے "سمارٹ" ٹیکسٹائل میں اعلی لچک، مطابقت، اور مکینیکل پروگرامنگ کی خصوصیات ہیں، جو ایپلی کیشنز کی وسیع رینج کے لیے ملٹی موڈل موومنٹ اور ڈیفارمیشن کی صلاحیتوں کو فعال کرتی ہے۔تجرباتی توثیق کے ذریعے مختلف سمارٹ ٹیکسٹائل پروٹو ٹائپس بنائے گئے ہیں، جن میں شکل کی تبدیلی کے مختلف کیسز جیسے لمبا ہونا (65% تک)، رقبہ کی توسیع (108%)، ریڈیل ایکسپینشن (25%)، اور موڑنے والی حرکت شامل ہیں۔بایومیمیٹک شکل دینے والے ڈھانچے کے لیے غیر فعال روایتی ٹشوز کو فعال ڈھانچے میں دوبارہ ترتیب دینے کے تصور کو بھی تلاش کیا جا رہا ہے۔مجوزہ سمارٹ ٹیکسٹائل سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ سمارٹ وئیر ایبلز، ہیپٹک سسٹمز، بائیو میمیٹک سافٹ روبوٹس، اور پہننے کے قابل الیکٹرانکس کی ترقی میں سہولت فراہم کریں گے۔
ساختی ماحول میں کام کرتے وقت سخت روبوٹ موثر ہوتے ہیں، لیکن بدلتے ہوئے ماحول کے نامعلوم سیاق و سباق کے ساتھ مسائل ہوتے ہیں، جو تلاش یا تلاش میں ان کے استعمال کو محدود کرتے ہیں۔فطرت ہمیں بیرونی عوامل اور تنوع سے نمٹنے کے لیے بہت سی اختراعی حکمت عملیوں سے حیران کرتی رہتی ہے۔مثال کے طور پر، چڑھنے والے پودوں کے ٹینڈرل ملٹی موڈل حرکتیں انجام دیتے ہیں، جیسے موڑنے اور سرپل کرنے کے لیے، ایک مناسب سہارے کی تلاش میں نامعلوم ماحول کو تلاش کرنے کے لیے۔وینس فلائی ٹریپ (Dionaea muscipula) کے پتوں پر حساس بال ہوتے ہیں جو متحرک ہونے پر شکار 2 کو پکڑنے کے لیے جگہ پر پہنچ جاتے ہیں۔حالیہ برسوں میں، دو جہتی (2D) سطحوں سے تین جہتی (3D) شکلوں میں جسم کی اخترتی یا اخترتی جو حیاتیاتی ڈھانچے کی نقل کرتی ہے، ایک دلچسپ تحقیقی موضوع بن گیا ہے۔یہ نرم روبوٹک کنفیگریشنز بدلتے ہوئے ماحول کے مطابق ڈھالنے کے لیے شکل بدلتی ہیں، ملٹی موڈل لوکوموشن کو فعال کرتی ہیں، اور مکینیکل کام انجام دینے کے لیے قوتیں لگاتی ہیں۔ان کی رسائی روبوٹکس ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج تک پھیل گئی ہے، بشمول deployables5، reconfigurable اور self-folding robots6,7, biomedical devices8, vehicles9,10 and expanable electronics11۔
قابل پروگرام فلیٹ پلیٹوں کو تیار کرنے کے لیے بہت زیادہ تحقیق کی گئی ہے جو فعال ہونے پر پیچیدہ سہ جہتی ڈھانچے میں تبدیل ہو جاتی ہیں۔غیر درست ڈھانچے بنانے کا ایک سادہ سا خیال یہ ہے کہ مختلف مواد کی تہوں کو جوڑ دیا جائے جو محرکات 12,13 کے سامنے آنے پر جھریاں اور جھریاں پڑ جاتی ہیں۔جانباز وغیرہ۔14 اور لی وغیرہ۔15 نے گرمی سے حساس ملٹی موڈل ڈیفارم ایبل روبوٹ بنانے کے لیے اس تصور کو نافذ کیا ہے۔اوریگامی پر مبنی ڈھانچے جن میں محرک جوابی عناصر شامل ہیں پیچیدہ سہ جہتی ڈھانچے 16,17,18 بنانے کے لیے استعمال کیے گئے ہیں۔حیاتیاتی ڈھانچے کے مورفوجینیسیس سے متاثر ہو کر، ایمانوئل ایٹ ال۔شکل کو خراب کرنے والے ایلسٹومر ایک ربڑ کی سطح کے اندر ہوا کے چینلز کو منظم کرکے بنائے جاتے ہیں جو دباؤ کے تحت، پیچیدہ، من مانی تین جہتی شکلوں میں بدل جاتے ہیں۔
ٹیکسٹائل یا فیبرکس کا انضمام نرم روبوٹس میں ایک اور نیا تصوراتی منصوبہ ہے جس نے وسیع پیمانے پر دلچسپی پیدا کی ہے۔ٹیکسٹائل نرم اور لچکدار مواد ہیں جو سوت سے بنائی جانے والی تکنیکوں جیسے بُنائی، بُنائی، بریڈنگ، یا ناٹ بُنائی کے ذریعے بنتے ہیں۔کپڑوں کی حیرت انگیز خصوصیات، بشمول لچک، فٹ، لچک اور سانس لینے کی صلاحیت، انہیں کپڑوں سے لے کر میڈیکل ایپلی کیشنز تک ہر چیز میں بہت مقبول بناتی ہے۔روبوٹکس21 میں ٹیکسٹائل کو شامل کرنے کے تین وسیع طریقے ہیں۔پہلا طریقہ یہ ہے کہ ٹیکسٹائل کو دوسرے اجزاء کے لیے غیر فعال پشت پناہی یا بنیاد کے طور پر استعمال کیا جائے۔اس صورت میں، غیر فعال ٹیکسٹائل سخت اجزاء (موٹرز، سینسرز، پاور سپلائی) لے جانے پر صارف کے لیے آرام دہ فٹ فراہم کرتے ہیں۔زیادہ تر نرم پہننے کے قابل روبوٹ یا نرم exoskeletons اس نقطہ نظر کے تحت آتے ہیں۔مثال کے طور پر، واکنگ ایڈز 22 اور کہنی کی مدد کے لیے نرم پہننے کے قابل exoskeletons 23, 24, 25، ہاتھ اور انگلیوں کے لیے نرم پہننے کے قابل دستانے 26، اور بایونک سافٹ روبوٹس 27۔
دوسرا نقطہ نظر ٹیکسٹائل کو نرم روبوٹک آلات کے غیر فعال اور محدود اجزاء کے طور پر استعمال کرنا ہے۔ٹیکسٹائل پر مبنی ایکچویٹرز اس زمرے میں آتے ہیں، جہاں عام طور پر تانے بانے کو اندرونی نلی یا چیمبر پر مشتمل ایک بیرونی کنٹینر کے طور پر بنایا جاتا ہے، جو ایک نرم فائبر سے تقویت یافتہ ایکچیویٹر بناتا ہے۔جب کسی بیرونی نیومیٹک یا ہائیڈرولک ماخذ کے تابع ہوتے ہیں، تو یہ نرم ایکچیوٹرز اپنی اصل ساخت اور ترتیب کے لحاظ سے شکل میں تبدیلیوں سے گزرتے ہیں، بشمول بڑھانا، موڑنا یا مروڑنا۔مثال کے طور پر، Talman et al.آرتھوپیڈک ٹخنوں کے لباس، جو کہ تانے بانے کی جیبوں کی ایک سیریز پر مشتمل ہے، متعارف کرایا گیا ہے تاکہ چال کو بحال کرنے کے لیے پودوں کے موڑ کو آسان بنایا جا سکے۔ٹیکسٹائل کی تہوں کو مختلف توسیع پذیری کے ساتھ ملا کر انیسوٹروپک حرکت پیدا کی جا سکتی ہے 29۔OmniSkins - مختلف قسم کے نرم ایکچیوٹرز اور سبسٹریٹ مواد سے بنی نرم روبوٹک کھالیں غیر فعال اشیاء کو ملٹی فنکشنل ایکٹو روبوٹس میں تبدیل کر سکتی ہیں جو مختلف ایپلی کیشنز کے لیے ملٹی موڈل حرکتیں اور اخترتی انجام دے سکتی ہیں۔Zhu et al.ایک مائع ٹشو پٹھوں کی شیٹ 31 تیار کی ہے جو لمبائی، موڑنے، اور مختلف اخترتی حرکات پیدا کر سکتی ہے۔بکنر وغیرہ۔ایکٹیویشن، سینسنگ، اور متغیر سختی 32 جیسے متعدد افعال کے ساتھ روبوٹک ٹشوز بنانے کے لیے فنکشنل ریشوں کو روایتی ٹشوز میں ضم کریں۔اس زمرے کے دیگر طریقے ان پیپرز 21، 33، 34، 35 میں دیکھے جا سکتے ہیں۔
نرم روبوٹکس کے میدان میں ٹیکسٹائل کی اعلیٰ خصوصیات کو بروئے کار لانے کا ایک حالیہ نقطہ نظر یہ ہے کہ روایتی ٹیکسٹائل مینوفیکچرنگ کے طریقوں جیسے کہ بُنائی، بُنائی اور بُنائی کے طریقے 21,36,37 کا استعمال کرتے ہوئے سمارٹ ٹیکسٹائل بنانے کے لیے ری ایکٹو یا محرک جواب دینے والے فلیمینٹس کا استعمال کیا جائے۔مواد کی ساخت پر منحصر ہے، رد عمل والا سوت جب برقی، تھرمل یا پریشر ایکشن کا نشانہ بنتا ہے تو شکل میں تبدیلی کا سبب بنتا ہے، جو تانے بانے کی خرابی کا باعث بنتا ہے۔اس نقطہ نظر میں، جہاں روایتی ٹیکسٹائل کو ایک نرم روبوٹک نظام میں ضم کیا جاتا ہے، وہاں ٹیکسٹائل کی تشکیل نو بیرونی تہہ کے بجائے اندرونی تہہ (سوت) پر ہوتی ہے۔اس طرح، سمارٹ ٹیکسٹائل ملٹی موڈل موومنٹ، قابل پروگرام ڈیفارمیشن، اسٹریچ ایبلٹی، اور سختی کو ایڈجسٹ کرنے کی صلاحیت کے لحاظ سے بہترین ہینڈلنگ پیش کرتے ہیں۔مثال کے طور پر، شیپ میموری الائے (SMAs) اور شکل میموری پولیمر (SMPs) کو تانے بانے میں شامل کیا جا سکتا ہے تاکہ تھرمل محرک کے ذریعے ان کی شکل کو فعال طور پر کنٹرول کیا جا سکے، جیسے کہ ہیمنگ 38، شیکنوں کو ہٹانا36,39، ٹچائل اور ٹیکٹائل فیڈ بیک40,41، نیز انکولی پہننے کے قابل لباس.آلات 42تاہم، حرارتی اور کولنگ کے لیے تھرمل انرجی کے استعمال کے نتیجے میں سست ردعمل اور مشکل کولنگ اور کنٹرول ہوتا ہے۔حال ہی میں، Hiramitsu et al.McKibben کے باریک پٹھے43,44، نیومیٹک مصنوعی پٹھے، کو تانے یارن کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ بنوانے کے ڈھانچے کو تبدیل کر کے فعال ٹیکسٹائل کی مختلف شکلیں بنائیں45۔اگرچہ یہ نقطہ نظر اعلی قوتیں فراہم کرتا ہے، میک کیبن پٹھوں کی نوعیت کی وجہ سے، اس کی توسیع کی شرح محدود ہے (<50%) اور چھوٹے سائز کو حاصل نہیں کیا جا سکتا (قطر <0.9 ملی میٹر)۔اس کے علاوہ، بُنائی کے طریقوں سے سمارٹ ٹیکسٹائل پیٹرن بنانا مشکل ہو گیا ہے جس کے لیے تیز کونوں کی ضرورت ہوتی ہے۔سمارٹ ٹیکسٹائل کی ایک وسیع رینج بنانے کے لیے، مزیز وغیرہ۔الیکٹرو ایکٹیو پہننے کے قابل ٹیکسٹائل کو الیکٹرو حساس پولیمر تھریڈز 46 بنا کر اور بُن کر تیار کیا گیا ہے۔
حالیہ برسوں میں، ایک نئی قسم کا تھرموسینسیٹیو مصنوعی عضلہ سامنے آیا ہے، جو انتہائی مڑے ہوئے، سستے پولیمر ریشوں سے بنایا گیا ہے 47,48۔یہ ریشے تجارتی طور پر دستیاب ہیں اور سستی سمارٹ کپڑے تیار کرنے کے لیے آسانی سے بنائی یا بنائی میں شامل کیے جاتے ہیں۔ترقی کے باوجود، گرمی اور ٹھنڈک کی ضرورت (مثلاً درجہ حرارت پر قابو پانے والے ٹیکسٹائل) یا پیچیدہ بنا ہوا اور بنے ہوئے پیٹرن بنانے میں دشواری کی وجہ سے ان نئے گرمی سے حساس ٹیکسٹائل میں ردعمل کے اوقات محدود ہیں جن کو مطلوبہ اخترتی اور حرکت پیدا کرنے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے۔ .مثالوں میں ریڈیل توسیع، 2D سے 3D شکل کی تبدیلی، یا دو طرفہ توسیع شامل ہے، جو ہم یہاں پیش کرتے ہیں۔
ان مذکورہ بالا مسائل پر قابو پانے کے لیے، یہ مضمون ہمارے حال ہی میں متعارف کرائے گئے نرم مصنوعی عضلاتی ریشوں (AMF)49,50,51 سے تیار کردہ ایک نیا سیال سے چلنے والا سمارٹ ٹیکسٹائل پیش کرتا ہے۔AMFs انتہائی لچکدار، توسیع پذیر ہیں اور انہیں 0.8 ملی میٹر کے قطر اور بڑی لمبائی (کم از کم 5000 ملی میٹر) تک کم کیا جا سکتا ہے، جو ایک اعلی پہلو تناسب (لمبائی سے قطر) کے ساتھ ساتھ اعلی لمبائی (کم از کم 245٪)، اعلی توانائی پیش کرتے ہیں۔ کارکردگی، 20Hz سے کم تیز ردعمل)۔سمارٹ ٹیکسٹائل بنانے کے لیے، ہم AMF کو ایک فعال سوت کے طور پر استعمال کرتے ہیں تاکہ بُنائی اور بُنائی کی تکنیکوں کے ذریعے 2D فعال پٹھوں کی تہوں کو تشکیل دیا جا سکے۔ہم نے مقداری طور پر ان "سمارٹ" ٹشوز کی توسیع کی شرح اور سنکچن کی قوت کا فلوڈ حجم اور ڈیلیور کردہ پریشر کے لحاظ سے مطالعہ کیا ہے۔بنا ہوا اور بنے ہوئے چادروں کے لیے لمبا قوت کا رشتہ قائم کرنے کے لیے تجزیاتی ماڈل تیار کیے گئے ہیں۔ہم ملٹی موڈل موومنٹ کے لیے سمارٹ ٹیکسٹائل کے لیے کئی مکینیکل پروگرامنگ تکنیکوں کی بھی وضاحت کرتے ہیں، بشمول دو طرفہ توسیع، موڑنے، ریڈیل توسیع، اور 2D سے 3D میں منتقلی کی صلاحیت۔اپنے نقطہ نظر کی طاقت کو ظاہر کرنے کے لیے، ہم AMF کو کمرشل فیبرکس یا ٹیکسٹائل میں بھی ضم کریں گے تاکہ ان کی ترتیب کو غیر فعال سے فعال ڈھانچے میں تبدیل کیا جا سکے جو مختلف خرابیوں کا باعث بنتے ہیں۔ہم نے اس تصور کو کئی تجرباتی ٹیسٹ بینچوں پر بھی ظاہر کیا ہے، جس میں مطلوبہ حروف پیدا کرنے کے لیے دھاگوں کا قابل پروگرام موڑنا اور تتلیوں، چوکور ڈھانچے اور پھولوں جیسی اشیاء کی شکل میں حیاتیاتی ڈھانچے کو شکل دینا شامل ہے۔
ٹیکسٹائل لچکدار دو جہتی ڈھانچے ہیں جو آپس میں بنے ہوئے ایک جہتی دھاگوں جیسے یارن، دھاگے اور ریشوں سے بنتے ہیں۔ٹیکسٹائل بنی نوع انسان کی قدیم ترین ٹیکنالوجیز میں سے ایک ہے اور اپنے آرام، موافقت، سانس لینے، جمالیات اور تحفظ کی وجہ سے زندگی کے تمام پہلوؤں میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔سمارٹ ٹیکسٹائل (جسے سمارٹ کپڑے یا روبوٹک فیبرکس بھی کہا جاتا ہے) روبوٹک ایپلی کیشنز 20,52 میں اپنی بڑی صلاحیت کی وجہ سے تحقیق میں تیزی سے استعمال ہو رہے ہیں۔سمارٹ ٹیکسٹائل نرم اشیاء کے ساتھ تعامل کے انسانی تجربے کو بہتر بنانے کا وعدہ کرتے ہیں، میدان میں ایک پیراڈائم شفٹ کا آغاز کرتے ہیں جہاں مخصوص کام انجام دینے کے لیے پتلی، لچکدار تانے بانے کی حرکت اور قوتوں کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔اس مقالے میں، ہم اپنے حالیہ AMF49 کی بنیاد پر سمارٹ ٹیکسٹائل کی تیاری کے لیے دو طریقوں کو تلاش کرتے ہیں: (1) روایتی ٹیکسٹائل مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجیز کا استعمال کرتے ہوئے اسمارٹ ٹیکسٹائل بنانے کے لیے AMF کو ایک فعال یارن کے طور پر استعمال کریں۔(2) AMF کو براہ راست روایتی کپڑوں میں داخل کریں تاکہ مطلوبہ حرکت اور اخترتی کو متحرک کیا جاسکے۔
AMF ہائیڈرولک پاور کی فراہمی کے لیے ایک اندرونی سلیکون ٹیوب اور اس کی ریڈیل توسیع کو محدود کرنے کے لیے ایک بیرونی ہیلیکل کوائل پر مشتمل ہے۔اس طرح، جب دباؤ کا اطلاق ہوتا ہے تو AMFs طولانی طور پر لمبا ہو جاتا ہے اور بعد ازاں جب دباؤ جاری ہوتا ہے تو اپنی اصل لمبائی میں واپس آنے کے لیے کنٹریکٹائل قوتوں کی نمائش کرتے ہیں۔ان میں روایتی ریشوں کی طرح خصوصیات ہیں، بشمول لچک، چھوٹا قطر اور لمبی لمبائی۔تاہم، AMF اپنے روایتی ہم منصبوں کی نسبت نقل و حرکت اور طاقت کے لحاظ سے زیادہ فعال اور کنٹرول میں ہے۔سمارٹ ٹیکسٹائل میں حالیہ تیز رفتار پیش رفت سے متاثر ہو کر، ہم یہاں ایک طویل عرصے سے قائم فیبرک مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی (شکل 1) پر AMF کا اطلاق کرکے اسمارٹ ٹیکسٹائل تیار کرنے کے لیے چار بڑے طریقے پیش کرتے ہیں۔
پہلا طریقہ بُنائی ہے۔ہم ایک ری ایکٹو بنا ہوا کپڑا تیار کرنے کے لیے ویفٹ نٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں جو ہائیڈرولک طور پر کام کرنے پر ایک سمت میں کھلتا ہے۔بنی ہوئی چادریں بہت کھینچی ہوئی اور کھینچنے کے قابل ہوتی ہیں لیکن بُنی چادروں سے زیادہ آسانی سے کھل جاتی ہیں۔کنٹرول کے طریقہ کار پر منحصر ہے، AMF انفرادی قطاریں یا مکمل مصنوعات بنا سکتا ہے۔فلیٹ شیٹس کے علاوہ، نلی نما بُنائی کے پیٹرن بھی AMF کھوکھلی ڈھانچے کی تیاری کے لیے موزوں ہیں۔دوسرا طریقہ بُنائی کا ہے، جہاں ہم دو AMFs کو ایک مستطیل بُنی ہوئی شیٹ بنانے کے لیے وارپ اور ویفٹ کے طور پر استعمال کرتے ہیں جو آزادانہ طور پر دو سمتوں میں پھیل سکتی ہے۔بنی ہوئی چادریں بنی ہوئی چادروں سے زیادہ کنٹرول (دونوں سمتوں میں) فراہم کرتی ہیں۔ہم نے روایتی سوت سے AMF بھی بُنی ہے تاکہ ایک آسان بُنی ہوئی شیٹ بنائی جا سکے جسے صرف ایک سمت میں ہی زخم کیا جا سکتا ہے۔تیسرا طریقہ - شعاعی توسیع - بنائی کی تکنیک کا ایک قسم ہے، جس میں AMPs مستطیل میں نہیں، بلکہ ایک سرپل میں واقع ہیں، اور دھاگے ریڈیل رکاوٹ فراہم کرتے ہیں۔اس صورت میں، چوٹی inlet دباؤ کے تحت شعاعی طور پر پھیلتی ہے۔چوتھا طریقہ یہ ہے کہ مطلوبہ سمت میں موڑنے والی حرکت پیدا کرنے کے لیے AMF کو غیر فعال تانے بانے کی شیٹ پر چسپاں کیا جائے۔ہم نے غیر فعال بریک آؤٹ بورڈ کو اس کے کنارے کے ارد گرد AMF چلا کر ایک فعال بریک آؤٹ بورڈ میں دوبارہ ترتیب دیا ہے۔AMF کی یہ قابل پروگرام نوعیت بائیو انسپائرڈ شکل بدلنے والے نرم ڈھانچے کے لیے بے شمار امکانات کو کھولتی ہے جہاں ہم غیر فعال اشیاء کو فعال میں تبدیل کر سکتے ہیں۔یہ طریقہ سادہ، آسان اور تیز ہے، لیکن یہ پروٹو ٹائپ کی لمبی عمر سے سمجھوتہ کر سکتا ہے۔قارئین کو ادب میں دوسرے طریقوں کا حوالہ دیا جاتا ہے جو ہر ٹشو پراپرٹی کی طاقت اور کمزوریوں کی تفصیل دیتے ہیں 21,33,34,35۔
روایتی کپڑے بنانے کے لیے استعمال ہونے والے زیادہ تر دھاگوں یا دھاگوں میں غیر فعال ڈھانچے ہوتے ہیں۔اس کام میں، ہم اپنے پہلے سے تیار کردہ AMF کا استعمال کرتے ہیں، جو میٹر کی لمبائی اور ذیلی ملی میٹر کے قطر تک پہنچ سکتا ہے، روایتی غیر فعال ٹیکسٹائل یارن کو AFM سے بدل کر ایپلی کیشنز کی وسیع رینج کے لیے ذہین اور فعال فیبرکس تیار کرتا ہے۔مندرجہ ذیل حصے سمارٹ ٹیکسٹائل پروٹو ٹائپ بنانے کے تفصیلی طریقے بیان کرتے ہیں اور ان کے اہم افعال اور طرز عمل کو پیش کرتے ہیں۔
ہم نے ویفٹ بُنائی کی تکنیک (تصویر 2A) کا استعمال کرتے ہوئے تین AMF جرسیوں کو ہاتھ سے تیار کیا۔AMFs اور پروٹو ٹائپس کے لیے مواد کا انتخاب اور تفصیلی وضاحتیں طریقوں کے سیکشن میں دیکھی جا سکتی ہیں۔ہر AMF ایک سمیٹنے والے راستے کی پیروی کرتا ہے (جسے روٹ بھی کہا جاتا ہے) جو ایک سڈول لوپ بناتا ہے۔ہر قطار کے لوپ ان کے اوپر اور نیچے قطاروں کے لوپس کے ساتھ طے کیے گئے ہیں۔کورس پر کھڑے ایک کالم کے حلقے ایک شافٹ میں مل جاتے ہیں۔ہمارا بنا ہوا پروٹو ٹائپ ہر قطار میں سات ٹانکے (یا سات ٹانکے) کی تین قطاروں پر مشتمل ہے۔اوپر اور نیچے کی انگوٹھیاں ٹھیک نہیں ہیں، لہذا ہم انہیں متعلقہ دھاتی سلاخوں سے جوڑ سکتے ہیں۔روایتی سوتوں کے مقابلے میں AMF کی زیادہ سختی کی وجہ سے بنا ہوا پروٹو ٹائپ روایتی بنے ہوئے کپڑوں کے مقابلے میں زیادہ آسانی سے کھولے گئے۔لہذا، ہم نے ملحقہ قطاروں کے لوپس کو پتلی لچکدار ڈوریوں سے باندھ دیا۔
مختلف سمارٹ ٹیکسٹائل پروٹو ٹائپس کو مختلف AMF کنفیگریشنز کے ساتھ لاگو کیا جا رہا ہے۔(A) تین AMF سے بنی ہوئی چادر۔(B) دو AMFs کی دو طرفہ بُنی ہوئی شیٹ۔(C) AMF اور ایکریلک دھاگے سے بنی یک سمتی بُنی ہوئی شیٹ 500 گرام کا بوجھ برداشت کر سکتی ہے، جو اس کے وزن (2.6 گرام) سے 192 گنا زیادہ ہے۔(D) ریڈیل رکاوٹ کے طور پر ایک AMF اور سوتی دھاگے کے ساتھ شعاعی طور پر پھیلا ہوا ڈھانچہ۔تفصیلی وضاحتیں طریقوں کے سیکشن میں مل سکتی ہیں۔
اگرچہ ایک بننا کے زگ زیگ لوپس مختلف سمتوں میں پھیل سکتے ہیں، لیکن ہماری پروٹو ٹائپ نِٹ بنیادی طور پر دباؤ میں لوپ کی سمت میں پھیلتی ہے کیونکہ سفر کی سمت میں محدودیت کی وجہ سے۔ہر AMF کی لمبائی بنا ہوا شیٹ کے کل رقبے کو بڑھانے میں معاون ہے۔مخصوص ضروریات پر منحصر ہے، ہم تین AMFs کو آزادانہ طور پر تین مختلف سیال ذرائع (شکل 2A) سے یا بیک وقت ایک سیال ماخذ سے 1 سے 3 سیال تقسیم کار کے ذریعے کنٹرول کر سکتے ہیں۔انجیر پر۔2A ایک بنا ہوا پروٹو ٹائپ کی ایک مثال دکھاتا ہے، جس کا ابتدائی رقبہ 35% بڑھ گیا جب کہ تین AMPs (1.2 MPa) پر دباؤ ڈالا گیا۔خاص طور پر، AMF اپنی اصل لمبائی کے کم از کم 250% کی بلندی حاصل کر لیتا ہے49 اس لیے بنا ہوا چادریں موجودہ ورژنز سے بھی زیادہ پھیل سکتی ہیں۔
ہم نے سادہ بنائی تکنیک (شکل 2B) کا استعمال کرتے ہوئے دو AMFs سے بنی ہوئی دو طرفہ بنائی کی چادریں بھی بنائیں۔AMF وارپ اور ویفٹ دائیں زاویوں پر آپس میں جڑے ہوئے ہیں، جو ایک سادہ کراس کراس پیٹرن بناتے ہیں۔ہمارے پروٹوٹائپ ویو کو ایک متوازن سادہ بنائی کے طور پر درجہ بندی کیا گیا تھا کیونکہ وارپ اور ویفٹ دونوں سوت ایک ہی سائز سے بنائے گئے تھے (تفصیلات کے لیے طریقوں کا سیکشن دیکھیں)۔عام دھاگوں کے برعکس جو تیز تہہ بنا سکتے ہیں، لاگو AMF کو بُنائی کے پیٹرن کے دوسرے دھاگے پر واپس آنے پر ایک خاص موڑنے والے رداس کی ضرورت ہوتی ہے۔لہذا، AMP سے بنی ہوئی چادریں روایتی بنے ہوئے ٹیکسٹائل کے مقابلے میں کم کثافت رکھتی ہیں۔AMF قسم S (بیرونی قطر 1.49 ملی میٹر) کا کم از کم موڑنے والا رداس 1.5 ملی میٹر ہے۔مثال کے طور پر، ہم اس مضمون میں جو پروٹوٹائپ ویو پیش کرتے ہیں اس میں 7×7 دھاگے کا پیٹرن ہے جہاں ہر ایک چوراہے کو پتلی لچکدار ڈوری کی گرہ سے مستحکم کیا جاتا ہے۔اسی بنائی کی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے، آپ مزید اسٹرینڈ حاصل کرسکتے ہیں۔
جب متعلقہ AMF کو سیال کا دباؤ آتا ہے، تو بُنی ہوئی شیٹ اپنے علاقے کو تانے یا ویفٹ سمت میں پھیلا دیتی ہے۔لہذا، ہم نے دو AMPs پر لاگو ہونے والے انلیٹ پریشر کی مقدار کو آزادانہ طور پر تبدیل کرکے بریڈڈ شیٹ (لمبائی اور چوڑائی) کے طول و عرض کو کنٹرول کیا۔انجیر پر۔2B ایک بنے ہوئے پروٹو ٹائپ کو دکھاتا ہے جو ایک AMP (1.3 MPa) پر دباؤ ڈالتے ہوئے اپنے اصل رقبے کے 44% تک پھیلا ہوا ہے۔دو AMFs پر دباؤ کی بیک وقت کارروائی کے ساتھ، علاقے میں 108% اضافہ ہوا۔
ہم نے ایک واحد AMF سے ایک یک طرفہ بُنی ہوئی شیٹ بھی بنائی ہے جس میں وارپ اور ایکریلک یارن بطور ویفٹ (شکل 2C) ہے۔AMFs کو سات زگ زیگ قطاروں میں ترتیب دیا گیا ہے اور دھاگے AMFs کی ان قطاروں کو ایک ساتھ باندھ کر تانے بانے کی مستطیل شیٹ بناتے ہیں۔یہ بُنا پروٹوٹائپ تصویر 2B کی نسبت زیادہ گھنا تھا، نرم ایکریلک دھاگوں کی بدولت جو آسانی سے پوری شیٹ کو بھر دیتے تھے۔چونکہ ہم صرف ایک AMF کو تانے کے طور پر استعمال کرتے ہیں، اس لیے بُنی ہوئی شیٹ صرف دباؤ میں ہی وارپ کی طرف پھیل سکتی ہے۔شکل 2C ایک بنے ہوئے پروٹو ٹائپ کی مثال دکھاتا ہے جس کا ابتدائی رقبہ بڑھتے ہوئے دباؤ (1.3 MPa) کے ساتھ 65% بڑھ جاتا ہے۔اس کے علاوہ، یہ لٹ والا ٹکڑا (وزن 2.6 گرام) 500 گرام کا بوجھ اٹھا سکتا ہے، جو اس کے وزن سے 192 گنا زیادہ ہے۔
ایک مستطیل بُنی ہوئی شیٹ بنانے کے لیے AMF کو زِگ زیگ پیٹرن میں ترتیب دینے کے بجائے، ہم نے AMF کی ایک فلیٹ سرپل شکل بنائی، جسے پھر ایک گول بُنی ہوئی شیٹ بنانے کے لیے سوتی دھاگے سے ریڈیائی طور پر روکا گیا تھا (شکل 2D)۔AMF کی اعلی سختی اس کے پلیٹ کے بالکل مرکزی علاقے کو بھرنے کو محدود کرتی ہے۔تاہم، یہ پیڈنگ لچکدار یارن یا لچکدار کپڑوں سے بنائی جا سکتی ہے۔ہائیڈرولک پریشر حاصل کرنے پر، AMP اپنی طولانی لمبائی کو شیٹ کی شعاعی توسیع میں بدل دیتا ہے۔یہ بات بھی قابل توجہ ہے کہ سرپل کی شکل کے بیرونی اور اندرونی دونوں قطروں میں تنت کی شعاعی حد بندی کی وجہ سے اضافہ ہوا ہے۔شکل 2D ظاہر کرتا ہے کہ 1 MPa کے لاگو ہائیڈرولک پریشر کے ساتھ، گول شیٹ کی شکل اس کے اصل علاقے کے 25% تک پھیل جاتی ہے۔
ہم یہاں سمارٹ ٹیکسٹائل بنانے کا ایک دوسرا طریقہ پیش کرتے ہیں جہاں ہم ایک AMF کو تانے بانے کے چپٹے ٹکڑے پر چپکاتے ہیں اور اسے غیر فعال سے فعال طور پر کنٹرول شدہ ڈھانچے میں دوبارہ ترتیب دیتے ہیں۔موڑنے والی ڈرائیو کا ڈیزائن ڈایاگرام تصویر میں دکھایا گیا ہے۔3A، جہاں AMP کو درمیان میں جوڑ دیا جاتا ہے اور اسے چپکنے والے کے طور پر ڈبل رخا ٹیپ کا استعمال کرتے ہوئے ناقابل برداشت تانے بانے (سوتی ململ کے تانے بانے) کی پٹی سے چپکا دیا جاتا ہے۔ایک بار سیل ہوجانے کے بعد، AMF کا اوپری حصہ توسیع کے لیے آزاد ہے، جب کہ نچلا حصہ ٹیپ اور فیبرک سے محدود ہوتا ہے، جس کی وجہ سے پٹی کپڑے کی طرف جھک جاتی ہے۔ہم موڑنے والے ایکچیویٹر کے کسی بھی حصے کو صرف اس پر ٹیپ کی پٹی چپکا کر اسے غیر فعال کر سکتے ہیں۔ایک غیر فعال طبقہ حرکت نہیں کرسکتا اور ایک غیر فعال طبقہ بن جاتا ہے۔
فیبرکس کو روایتی کپڑوں پر AMF چسپاں کرکے دوبارہ تشکیل دیا جاتا ہے۔(A) ایک موڑنے والی ڈرائیو کے لیے ڈیزائن کا تصور جو فولڈ شدہ AMF کو ایک ناقابل تسخیر تانے بانے پر چپکا کر بنایا گیا ہے۔(B) ایکچیویٹر پروٹو ٹائپ کا موڑنا۔(C) ایک مستطیل کپڑے کو ایک فعال چار ٹانگوں والے روبوٹ میں دوبارہ ترتیب دینا۔غیر لچکدار تانے بانے: سوتی جرسی۔اسٹریچ فیبرک: پالئیےسٹر۔تفصیلی وضاحتیں طریقوں کے سیکشن میں مل سکتی ہیں۔
ہم نے مختلف لمبائیوں کے متعدد پروٹوٹائپ موڑنے والے ایکچیوٹرز بنائے اور موڑنے والی حرکت (شکل 3B) بنانے کے لیے ہائیڈرولکس کے ساتھ ان پر دباؤ ڈالا۔اہم بات یہ ہے کہ AMF کو سیدھی لائن میں رکھا جا سکتا ہے یا ایک سے زیادہ دھاگے بنانے کے لیے فولڈ کیا جا سکتا ہے اور پھر دھاگوں کی مناسب تعداد کے ساتھ موڑنے والی ڈرائیو بنانے کے لیے تانے بانے سے چپکایا جا سکتا ہے۔ہم نے غیر فعال ٹشو شیٹ کو ایک فعال ٹیٹراپوڈ ڈھانچے (شکل 3C) میں بھی تبدیل کیا، جہاں ہم نے AMF کا استعمال مستطیل ناقابل برداشت ٹشو (سوتی ململ کے کپڑے) کی سرحدوں کو روٹ کرنے کے لیے کیا۔AMP دو طرفہ ٹیپ کے ٹکڑے کے ساتھ کپڑے سے منسلک ہوتا ہے۔ہر کنارے کے وسط کو غیر فعال بننے کے لیے ٹیپ کیا جاتا ہے، جبکہ چاروں کونے فعال رہتے ہیں۔اسٹریچ فیبرک ٹاپ کور (پولیسٹر) اختیاری ہے۔دبانے پر کپڑے کے چاروں کونے جھک جاتے ہیں (ٹانگوں کی طرح لگتے ہیں)۔
ہم نے ترقی یافتہ سمارٹ ٹیکسٹائل کی خصوصیات کا مقداری مطالعہ کرنے کے لیے ایک ٹیسٹ بینچ بنایا (طریقوں کا سیکشن اور سپلیمنٹری فگر S1 دیکھیں)۔چونکہ تمام نمونے AMF سے بنائے گئے تھے، اس لیے تجرباتی نتائج کا عمومی رجحان (تصویر 4) AMF کی اہم خصوصیات کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، یعنی انلیٹ پریشر آؤٹ لیٹ کی لمبائی کے براہ راست متناسب اور کمپریشن فورس کے الٹا متناسب ہے۔تاہم، ان سمارٹ فیبرکس میں منفرد خصوصیات ہیں جو ان کی مخصوص ترتیب کو ظاہر کرتی ہیں۔
سمارٹ ٹیکسٹائل کنفیگریشن کی خصوصیات۔(A, B) ہسٹریسس منحنی خطوط ان لیٹ پریشر اور آؤٹ لیٹ لمبا اور بنے ہوئے چادروں کے لیے قوت کے لیے۔(C) بنے ہوئے شیٹ کے علاقے کی توسیع۔(D,E) ان پٹ پریشر اور آؤٹ پٹ ایلونیشن اور نٹ ویئر کے لیے قوت کے درمیان تعلق۔(F) شعاعی طور پر پھیلنے والے ڈھانچے کا رقبہ۔(G) موڑنے والی ڈرائیوز کی تین مختلف لمبائیوں کے موڑنے والے زاویہ۔
بنے ہوئے شیٹ کے ہر AMF کو تقریباً 30% لمبا (تصویر 4A) پیدا کرنے کے لیے 1 MPa کے داخلی دباؤ کا نشانہ بنایا گیا تھا۔ہم نے کئی وجوہات کی بنا پر پورے تجربے کے لیے اس حد کا انتخاب کیا: (1) ان کے ہسٹریسیس منحنی خطوط پر زور دینے کے لیے ایک اہم لمبائی (تقریباً 30%) پیدا کرنے کے لیے، (2) مختلف تجربات اور دوبارہ قابل استعمال پروٹو ٹائپس سے سائیکلنگ کو روکنے کے لیے جس کے نتیجے میں حادثاتی نقصان یا ناکامی ہوتی ہے۔.اعلی سیال دباؤ کے تحت.ڈیڈ زون واضح طور پر نظر آتا ہے، اور چوٹی اس وقت تک بے حرکت رہتی ہے جب تک کہ داخلی دباؤ 0.3 MPa تک نہ پہنچ جائے۔پریشر ایلوگیشن ہسٹریسس پلاٹ پمپنگ اور ریلیز ہونے والے مراحل کے درمیان ایک بڑا فرق دکھاتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ جب بُنی ہوئی چادر اپنی حرکت کو پھیلنے سے سنکچن میں تبدیل کرتی ہے تو توانائی کا ایک اہم نقصان ہوتا ہے۔(تصویر 4A)۔1 MPa کا داخلی دباؤ حاصل کرنے کے بعد، بُنی ہوئی شیٹ 5.6 N (تصویر 4B) کی سکڑاؤ قوت استعمال کر سکتی ہے۔پریشر فورس ہسٹریسس پلاٹ یہ بھی ظاہر کرتا ہے کہ ری سیٹ کریو تقریباً پریشر بلڈ اپ وکر کے ساتھ اوورلیپ ہو جاتا ہے۔بنے ہوئے شیٹ کے رقبے کی توسیع کا انحصار ہر دو AMFs پر لاگو ہونے والے دباؤ کی مقدار پر ہے، جیسا کہ 3D سطحی پلاٹ (شکل 4C) میں دکھایا گیا ہے۔تجربات سے یہ بھی پتہ چلتا ہے کہ ایک بُنی چادر 66% کے رقبے میں توسیع پیدا کر سکتی ہے جب اس کے وارپ اور ویفٹ AMFs کو بیک وقت 1 MPa کے ہائیڈرولک پریشر کا نشانہ بنایا جاتا ہے۔
بُنی ہوئی شیٹ کے تجرباتی نتائج بُنے ہوئے شیٹ سے ملتا جلتا نمونہ دکھاتے ہیں، بشمول تناؤ-دباؤ ڈایاگرام اور اوورلیپنگ پریشر فورس منحنی خطوط میں ایک وسیع ہسٹریسس گیپ۔بنا ہوا چادر 30% کی لمبائی کو ظاہر کرتی ہے، جس کے بعد 1 MPa (تصویر 4D، E) کے داخلی دباؤ پر کمپریشن فورس 9 N تھی۔
گول بُنی ہوئی چادر کی صورت میں، 1 MPa (تصویر 4F) کے مائع دباؤ کے سامنے آنے کے بعد اس کے ابتدائی رقبے میں ابتدائی رقبہ کے مقابلے میں 25% اضافہ ہوا۔نمونے کے پھیلنے سے پہلے، 0.7 MPa تک ایک بڑا انلیٹ پریشر ڈیڈ زون ہوتا ہے۔اس بڑے ڈیڈ زون کی توقع کی گئی تھی کیونکہ نمونے بڑے AMFs سے بنائے گئے تھے جن کو اپنے ابتدائی دباؤ پر قابو پانے کے لیے زیادہ دباؤ کی ضرورت تھی۔انجیر پر۔4F یہ بھی ظاہر کرتا ہے کہ ریلیز کی وکر تقریباً دباؤ میں اضافے کے منحنی خطوط کے ساتھ ملتی ہے، جب ڈسک کی حرکت کو تبدیل کیا جاتا ہے تو توانائی کے بہت کم نقصان کی نشاندہی کرتا ہے۔
تین موڑنے والے ایکچیوٹرز (ٹشو ری کنفیگریشن) کے تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ان کے ہسٹریسس منحنی خطوط ایک جیسا نمونہ رکھتے ہیں (فگر 4G)، جہاں وہ اٹھانے سے پہلے 0.2 MPa تک کے انلیٹ پریشر ڈیڈ زون کا تجربہ کرتے ہیں۔ہم نے مائع کا ایک ہی حجم (0.035 ملی لیٹر) تین موڑنے والی ڈرائیوز (L20، L30 اور L50 ملی میٹر) پر لگایا۔تاہم، ہر ایکچیویٹر نے مختلف دباؤ کی چوٹیوں کا تجربہ کیا اور مختلف موڑنے والے زاویے تیار کیے۔L20 اور L30 mm ایکچیوٹرز نے 0.72 اور 0.67 MPa کے داخلی دباؤ کا تجربہ کیا، جو بالترتیب 167° اور 194° کے موڑنے والے زاویوں تک پہنچ گئے۔سب سے لمبی موڑنے والی ڈرائیو (لمبائی 50 ملی میٹر) نے 0.61 MPa کے دباؤ کو برداشت کیا اور زیادہ سے زیادہ موڑنے والے زاویہ کو 236° تک پہنچا۔پریشر اینگل ہسٹریسس پلاٹوں نے تینوں موڑنے والی ڈرائیوز کے لیے پریشرائزیشن اور ریلیز کروز کے درمیان نسبتاً بڑے فرق کا بھی انکشاف کیا۔
مندرجہ بالا سمارٹ ٹیکسٹائل کنفیگریشنز کے لیے ان پٹ والیوم اور آؤٹ پٹ پراپرٹیز (طویل، قوت، رقبہ کی توسیع، موڑنے والا زاویہ) کے درمیان تعلق ضمنی شکل S2 میں پایا جا سکتا ہے۔
پچھلے حصے میں تجرباتی نتائج واضح طور پر لاگو انلیٹ پریشر اور AMF نمونوں کی آؤٹ لیٹ لمبا کے درمیان متناسب تعلق کو ظاہر کرتے ہیں۔اے ایم بی جتنا مضبوط ہوتا ہے، اتنا ہی زیادہ لمبا ہوتا ہے اور اتنی ہی زیادہ لچکدار توانائی جمع ہوتی ہے۔لہذا، یہ جتنی زیادہ دبانے والی طاقت کا استعمال کرتا ہے۔نتائج نے یہ بھی ظاہر کیا کہ جب انلیٹ پریشر کو مکمل طور پر ہٹا دیا گیا تو نمونے اپنی زیادہ سے زیادہ کمپریشن فورس تک پہنچ گئے۔اس حصے کا مقصد تجزیاتی ماڈلنگ اور تجرباتی تصدیق کے ذریعے بنا ہوا اور بنے ہوئے چادروں کی لمبائی اور زیادہ سے زیادہ سکڑنے والی قوت کے درمیان براہ راست تعلق قائم کرنا ہے۔
ایک AMF کی زیادہ سے زیادہ کنٹریکٹائل فورس Fout (انلیٹ پریشر P = 0 پر) ریف 49 میں دی گئی تھی اور اسے دوبارہ پیش کیا گیا تھا:
ان میں، α، E، اور A0 بالترتیب اسٹریچنگ فیکٹر، ینگز ماڈیولس، اور سلیکون ٹیوب کا کراس سیکشنل ایریا ہیں۔k سرپل کنڈلی کی سختی کا گتانک ہے۔x اور li آفسیٹ اور ابتدائی لمبائی ہیں۔AMP، بالترتیب۔
صحیح مساوات.(1) مثال کے طور پر بنا ہوا اور بُنی ہوئی چادریں لیں (تصویر 5A، B)۔بنا ہوا پروڈکٹ Fkv اور بنے ہوئے پروڈکٹ Fwh کی سکڑنے والی قوتوں کا اظہار بالترتیب مساوات (2) اور (3) سے ہوتا ہے۔
جہاں mk لوپس کی تعداد ہے، φp انجیکشن کے دوران بنے ہوئے کپڑے کا لوپ اینگل ہے (تصویر 5A)، mh دھاگوں کی تعداد ہے، θhp انجیکشن کے دوران بنے ہوئے کپڑے کا انگیجمنٹ اینگل ہے (تصویر 5B)، εkv εwh بنا ہوا شیٹ ہے اور بنے ہوئے شیٹ کی خرابی، F0 سرپل کوائل کا ابتدائی تناؤ ہے۔مساوات کا تفصیلی اخذ۔(2) اور (3) معاون معلومات میں پایا جا سکتا ہے۔
طول و عرض کے تعلقات کے لیے ایک تجزیاتی ماڈل بنائیں۔(A,B) بنا ہوا اور بنے ہوئے چادروں کے لیے بالترتیب تجزیاتی ماڈل کی مثالیں۔(C,D) بنا ہوا اور بنے ہوئے چادروں کے لیے تجزیاتی ماڈلز اور تجرباتی ڈیٹا کا موازنہ۔RMSE روٹ کا مطلب مربع غلطی ہے۔
تیار کردہ ماڈل کو جانچنے کے لیے، ہم نے تصویر 2A میں بنے ہوئے نمونوں اور تصویر 2B میں لٹ کے نمونوں کا استعمال کرتے ہوئے لمبائی کے تجربات کیے ہیں۔سنکچن قوت کو 0% سے 50% تک ہر لاک ایکسٹینشن کے لیے 5% انکریمنٹ میں ماپا گیا۔پانچ آزمائشوں کا اوسط اور معیاری انحراف شکل 5C (بننا) اور شکل 5D (بننا) میں پیش کیا گیا ہے۔تجزیاتی ماڈل کے منحنی خطوط مساوات کے ذریعہ بیان کیے گئے ہیں۔پیرامیٹر (2) اور (3) ٹیبل میں دیے گئے ہیں۔1. نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ تجزیاتی ماڈل نٹ ویئر کے لیے 0.34 N، بنے ہوئے AMF H (افقی سمت) کے لیے 0.21 N اور 0.17 N کے روٹ میڈین مربع ایرر (RMSE) کے ساتھ پورے لمبا رینج کے تجرباتی ڈیٹا کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہے۔ بنے ہوئے AMF کے لیےV (عمودی سمت)۔
بنیادی حرکات کے علاوہ، مجوزہ سمارٹ ٹیکسٹائل کو میکانکی طور پر مزید پیچیدہ حرکات فراہم کرنے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے جیسے S-bend، ریڈیل سنکچن، اور 2D سے 3D اخترتی۔ہم یہاں فلیٹ سمارٹ ٹیکسٹائل کو مطلوبہ ڈھانچے میں پروگرام کرنے کے کئی طریقے پیش کرتے ہیں۔
ڈومین کو لکیری سمت میں پھیلانے کے علاوہ، یک سمت بُنی ہوئی چادروں کو میکانکی طور پر ملٹی موڈل موومنٹ (تصویر 6A) بنانے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے۔ہم لٹ شیٹ کی توسیع کو موڑنے والی حرکت کے طور پر دوبارہ ترتیب دیتے ہیں، اس کے ایک چہرے (اوپر یا نیچے) کو سلائی کے دھاگے سے روکتے ہیں۔چادریں دباؤ کے تحت باؤنڈنگ سطح کی طرف جھکتی ہیں۔انجیر پر۔6A بنے ہوئے پینلز کی دو مثالیں دکھاتا ہے جو S کی شکل کے ہو جاتے ہیں جب ایک آدھا اوپر کی طرف اور دوسرا آدھا نیچے کی طرف تنگ ہوتا ہے۔متبادل طور پر، آپ ایک سرکلر موڑنے والی حرکت بنا سکتے ہیں جہاں صرف پورا چہرہ ہی محدود ہو۔یک سمتی لٹ والی چادر کو اس کے دونوں سروں کو نلی نما ڈھانچے میں جوڑ کر کمپریشن آستین میں بھی بنایا جا سکتا ہے (تصویر 6B)۔آستین کو کسی شخص کی شہادت کی انگلی پر کمپریشن فراہم کرنے کے لیے پہنا جاتا ہے، درد کو دور کرنے یا گردش کو بہتر بنانے کے لیے مساج تھراپی کی ایک شکل۔اسے جسم کے دوسرے حصوں جیسے بازو، کولہوں اور ٹانگوں میں فٹ کرنے کے لیے پیمانہ کیا جا سکتا ہے۔
ایک سمت میں چادریں باندھنے کی صلاحیت۔(A) سلائی دھاگوں کی شکل کی پروگرامیبلٹی کی وجہ سے خراب ڈھانچے کی تخلیق۔(B) انگلی کمپریشن آستین۔(C) لٹ کی چادر کا ایک اور ورژن اور بازو کمپریشن آستین کے طور پر اس کا نفاذ۔(D) AMF قسم M، ایکریلک یارن اور ویلکرو پٹے سے بنا ایک اور کمپریشن آستین کا پروٹو ٹائپ۔تفصیلی وضاحتیں طریقوں کے سیکشن میں مل سکتی ہیں۔
شکل 6C واحد AMF اور سوتی دھاگے سے بنی یک سمت بُنی چادر کی ایک اور مثال دکھاتی ہے۔شیٹ رقبہ میں 45% تک پھیل سکتی ہے (1.2 MPa پر) یا دباؤ میں سرکلر حرکت کا سبب بن سکتی ہے۔ہم نے شیٹ کے آخر میں مقناطیسی پٹے کو جوڑ کر بازو کی کمپریشن آستین بنانے کے لیے ایک شیٹ بھی شامل کی ہے۔ایک اور پروٹوٹائپ بازو کمپریشن آستین تصویر 6D میں دکھایا گیا ہے، جس میں مضبوط کمپریشن قوتیں پیدا کرنے کے لیے ٹائپ M AMF (طریقہ دیکھیں) اور ایکریلک یارن سے یک طرفہ لٹ والی چادریں بنائی گئی تھیں۔ہم نے چادروں کے سروں کو ویلکرو پٹے کے ساتھ آسانی سے منسلک کرنے اور ہاتھ کے مختلف سائز کے لیے لیس کیا ہے۔
تحمل کی تکنیک، جو لکیری توسیع کو موڑنے والی حرکت میں تبدیل کرتی ہے، دو طرفہ بنے ہوئے چادروں پر بھی لاگو ہوتی ہے۔ہم روئی کے دھاگوں کو تانے اور ویفٹ کی چادروں کے ایک طرف بُنتے ہیں تاکہ وہ پھیل نہ جائیں (تصویر 7A)۔اس طرح، جب دو AMFs ایک دوسرے سے آزادانہ طور پر ہائیڈرولک پریشر حاصل کرتے ہیں، تو شیٹ دو جہتی موڑنے والی حرکت سے گزرتی ہے تاکہ ایک صوابدیدی سہ جہتی ڈھانچہ بن سکے۔ایک اور نقطہ نظر میں، ہم دو طرفہ بنے ہوئے چادروں (شکل 7B) کی ایک سمت کو محدود کرنے کے لیے ناقابل برداشت یارن کا استعمال کرتے ہیں۔اس طرح، جب متعلقہ AMF دباؤ میں ہو تو شیٹ آزادانہ موڑنے اور کھینچنے والی حرکت کر سکتی ہے۔انجیر پر۔7B ایک مثال دکھاتا ہے جس میں ایک دو طرفہ لٹ والی چادر کو موڑنے والی حرکت کے ساتھ انسانی انگلی کے دو تہائی حصے کے گرد لپیٹنے کے لیے کنٹرول کیا جاتا ہے اور پھر اس کی لمبائی کو بڑھا کر بقیہ حصے کو کھینچنے والی حرکت سے ڈھانپ لیا جاتا ہے۔چادروں کی دو طرفہ حرکت فیشن ڈیزائن یا سمارٹ کپڑوں کی نشوونما کے لیے مفید ہو سکتی ہے۔
دو طرفہ بُنی ہوئی شیٹ، بنا ہوا شیٹ اور ریڈیائی طور پر قابل توسیع ڈیزائن کی صلاحیتیں۔(A) دو طرفہ موڑ بنانے کے لیے دو جہتی بانڈڈ دو جہتی ویکر پینلز۔(B) یک طرفہ طور پر محدود دو طرفہ اخترتی پینل لچک اور لمبا پیدا کرتے ہیں۔(C) انتہائی لچکدار بنا ہوا شیٹ، جو سطح کے مختلف گھماؤ کے مطابق ہو سکتی ہے اور یہاں تک کہ نلی نما ڈھانچے بھی بنا سکتی ہے۔(D) ایک شعاعی طور پر پھیلتے ہوئے ڈھانچے کی سنٹر لائن کی حد بندی ایک ہائپربولک پیرابولک شکل (آلو کے چپس) کی تشکیل کرتی ہے۔
ہم نے بنے ہوئے حصے کی اوپری اور نچلی قطاروں کے دو ملحقہ لوپس کو سلائی کے دھاگے سے جوڑ دیا تاکہ یہ کھل نہ جائے (تصویر 7C)۔اس طرح، بُنی ہوئی چادر پوری طرح سے لچکدار ہوتی ہے اور مختلف سطح کے منحنی خطوط، جیسے کہ انسانی ہاتھوں اور بازوؤں کی جلد کی سطح کے مطابق ہوتی ہے۔ہم نے سفر کی سمت میں بنے ہوئے حصے کے سروں کو جوڑ کر ایک نلی نما ڈھانچہ (آستین) بھی بنایا۔آستین شخص کی شہادت کی انگلی (تصویر 7C) کے گرد اچھی طرح لپیٹتی ہے۔بنے ہوئے تانے بانے کی sinosity بہترین فٹ اور خرابی فراہم کرتی ہے، جس سے اسے سمارٹ پہننے (دستانوں، کمپریشن آستین) میں استعمال کرنا آسان بناتا ہے، آرام (فٹ کے ذریعے) اور علاج کا اثر (کمپریشن کے ذریعے) فراہم کرتا ہے۔
متعدد سمتوں میں 2D ریڈیل توسیع کے علاوہ، سرکلر بنے ہوئے چادروں کو بھی 3D ڈھانچے بنانے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے۔ہم نے گول چوٹی کی مرکزی لائن کو ایکریلک سوت کے ساتھ محدود کر دیا تاکہ اس کی یکساں ریڈیل توسیع کو روکا جا سکے۔نتیجے کے طور پر، گول بنے ہوئے شیٹ کی اصل فلیٹ شکل دباؤ کے بعد ایک ہائپربولک پیرابولک شکل (یا آلو کے چپس) میں تبدیل ہوگئی (تصویر 7D)۔شکل بدلنے کی اس صلاحیت کو لفٹ میکانزم، آپٹیکل لینس، موبائل روبوٹ ٹانگوں کے طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے یا فیشن ڈیزائن اور بایونک روبوٹس میں کارآمد ہو سکتا ہے۔
ہم نے AMF کو غیر اسٹریچ فیبرک کی پٹی (شکل 3) پر چپکا کر لچکدار ڈرائیوز بنانے کے لیے ایک سادہ تکنیک تیار کی ہے۔ہم اس تصور کا استعمال قابل پروگرام تھریڈز بنانے کے لیے کرتے ہیں جہاں ہم مطلوبہ شکلیں بنانے کے لیے ایک AMF میں متعدد فعال اور غیر فعال حصوں کو حکمت عملی کے ساتھ تقسیم کر سکتے ہیں۔ہم نے چار فعال فلیمینٹس کو من گھڑت اور پروگرام کیا جو دباؤ بڑھنے پر اپنی شکل کو سیدھے خط (UNSW) میں تبدیل کر سکتے ہیں (ضمیمہ انجیر S4)۔یہ آسان طریقہ AMF کی خرابی کو 1D لائنوں کو 2D شکلوں اور ممکنہ طور پر 3D ڈھانچے میں تبدیل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
اسی طرح کے نقطہ نظر میں، ہم نے غیر فعال نارمل ٹشو کے ایک ٹکڑے کو ایک فعال ٹیٹراپوڈ (تصویر 8A) میں دوبارہ ترتیب دینے کے لیے ایک واحد AMF کا استعمال کیا۔روٹنگ اور پروگرامنگ تصورات شکل 3C میں دکھائے گئے تصورات سے ملتے جلتے ہیں۔تاہم، مستطیل چادروں کے بجائے، انہوں نے ایک چوکور پیٹرن (کچھوے، سوتی ململ) کے ساتھ کپڑے استعمال کرنا شروع کر دیے۔لہذا، ٹانگیں لمبی ہیں اور ساخت کو اونچا کیا جاسکتا ہے۔ڈھانچے کی اونچائی بتدریج دباؤ میں بڑھتی ہے جب تک کہ اس کی ٹانگیں زمین پر کھڑی نہ ہوں۔اگر داخلی دباؤ بڑھتا رہتا ہے، تو ٹانگیں اندر کی طرف جھک جائیں گی، جس سے ساخت کی اونچائی کم ہو جائے گی۔ٹیٹراپوڈز لوکوموشن انجام دے سکتے ہیں اگر ان کی ٹانگیں یک طرفہ نمونوں سے لیس ہوں یا حرکت میں ہیرا پھیری کی حکمت عملیوں کے ساتھ متعدد AMF استعمال کریں۔مختلف کاموں کے لیے نرم لوکوموشن روبوٹس کی ضرورت ہوتی ہے، بشمول جنگل کی آگ، منہدم عمارتوں یا خطرناک ماحول سے بچاؤ، اور طبی ادویات کی ترسیل کے روبوٹ۔
شکل بدلنے والے ڈھانچے بنانے کے لیے تانے بانے کو دوبارہ ترتیب دیا گیا ہے۔(A) AMF کو غیر فعال فیبرک شیٹ کی سرحد پر چپکائیں، اسے چار ٹانگوں والے ڈھانچے میں تبدیل کریں۔(BD) ٹشو ری کنفیگریشن کی دو دیگر مثالیں، غیر فعال تتلیوں اور پھولوں کو فعال میں تبدیل کرنا۔نان اسٹریچ فیبرک: سادہ سوتی ململ۔
ہم اس ٹشو ری کنفیگریشن تکنیک کی سادگی اور استعداد سے بھی فائدہ اٹھاتے ہیں تاکہ نئی شکل دینے کے لیے دو اضافی بایو انسپائرڈ ڈھانچے متعارف کرائے جائیں (اعداد و شمار 8B-D)۔ایک روٹیبل AMF کے ساتھ، یہ شکل سے خراب ہونے والے ڈھانچے کو غیر فعال ٹشو کی چادروں سے فعال اور چلانے کے قابل ڈھانچے تک دوبارہ تشکیل دیا جاتا ہے۔بادشاہ تتلی سے متاثر ہو کر، ہم نے تتلی کی شکل کے کپڑے (سوتی ململ) کے ٹکڑے اور اس کے پروں کے نیچے پھنسے ہوئے AMF کا ایک لمبا ٹکڑا استعمال کرتے ہوئے تتلی کا ایک بدلتا ڈھانچہ بنایا۔جب AMF دباؤ میں ہوتا ہے تو پروں کو جوڑ دیا جاتا ہے۔Monarch Butterfly کی طرح، Butterfly Robot کے بائیں اور دائیں بازو اسی طرح پھڑپھڑاتے ہیں کیونکہ وہ دونوں AMF کے زیر کنٹرول ہوتے ہیں۔بٹر فلائی فلیپس صرف ڈسپلے کے مقاصد کے لیے ہیں۔یہ Smart Bird (Festo Corp., USA) کی طرح اڑ نہیں سکتا۔ہم نے ایک تانے بانے کا پھول (شکل 8D) بھی بنایا جس میں پانچ پنکھڑیوں کی دو تہوں پر مشتمل تھا۔ہم نے پنکھڑیوں کے بیرونی کنارے کے بعد ہر پرت کے نیچے AMF رکھا۔ابتدائی طور پر، پھول پوری طرح کھلتے ہیں، تمام پنکھڑیاں پوری طرح کھلی ہوتی ہیں۔دباؤ میں، AMF پنکھڑیوں کی موڑنے والی حرکت کا سبب بنتا ہے، جس کی وجہ سے وہ بند ہو جاتے ہیں۔دو AMFs آزادانہ طور پر دو تہوں کی نقل و حرکت کو کنٹرول کرتے ہیں، جبکہ ایک پرت کی پانچ پنکھڑیاں ایک ہی وقت میں جھک جاتی ہیں۔