Applicazione di leghe a memoria di forma per attuatori indossabili

This Master Thesis work presents a possible solution to design a shape-memory-alloys-based wearable actuator. Different ways of embedding Nitinol wires in a fabric background have been studied, in order to create an active textile able to fulfil a wide range of requirements in terms of portability, stroke and maximum force. Since most of the human movements involve flexion, this new actuator has been developed to reach remarkable results in bending. For this reason, the definition of a base structure, which could directly be used on existing clothes, has been considered a fundamental aspect. Moreover an experimental approach has been set to get a deep knowledge of the most important features of this active textile, so that designing the actuator depending on needs is now possible. To make sure that all the hypothesis and the experimental results are correct, two applications of the actuated textile have been made: an active glove and an active kneepad, both able to reach previously defined stroke and force performances; to get this, the same silicone-fabric composite structure has been used. As a result of this work, a new prototype of smart textile has been made, which may be used in the rehabilitation field or as a training or videogaming force feedback device (and much more...). Simplicity, adaptability and performance predictability are the keywords of the entire work, as explained in the following pages.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è proporre una possibile soluzione per la realizzazione di un attuatore indossabile basato sull’utilizzo delle leghe a memoria di forma. A tale fine, sono state indagate diverse modalità di integrazione che permettessero di ottenere un tessuto attivo, capace di rispondere a requisiti di indossabilità e di performance, sia in termini di corsa che di forza espressa. Si è inoltre fatto in modo di costituire una struttura di base (un composito tessuto-silicone) in grado di essere impiegata su indumenti già esistenti, senza dover ricorrere a personalizzazioni o a profonde modifiche. L’attenzione è stata poi focalizzata sull’ottenimento di un moto flessionale, vista la sua frequente occorrenza nei movimenti tipici del corpo umano. In aggiunta a ciò, si è cercato di definire, per via sperimentale, un modello empirico che permettesse di progettare l’attuatore a seconda dei diversi livelli di forza richiesti, in modo tale da rendere il prodotto finale il più possibile scalabile e adattabile alle esigenze. Per validare quanto supposto sono state messe a punto due demo, un guanto e una ginocchiera attiva (basate sull’impiego della struttura base dell’attuatore) capaci di raggiungere performance di curvatura e di forza fissate a priori. Risultato di questo percorso è quindi un prototipo il cui impiego ultimo potrà spaziare dal campo della riabilitazione, a quello del training e del videogaming. Semplicità, adattabilità e previsione delle performance sono quindi gli aspetti chiave del lavoro, come presentato nelle pagine seguenti.