ACTIVA: Advanced Capillary-driven Thermomechanical Integrated Vapor Actuation in Soft Wearable Robotics

Description du projet

Un actionneur à vapeur avancé pour la robotique souple portable

La robotique souple fait progresser les technologies portables grâce à des systèmes légers capables d’interagir en toute sécurité avec le corps humain. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet ACTIVA introduira un actionneur rapide et compact utilisant la vaporisation d’un liquide à la demande. Un liquide à bas point d’ébullition contenu dans une matrice poreuse autour d’un microchauffeur permet une variation rapide de la pression et la contraction d’un cylindre. Un système de refroidissement innovant reposant sur la recirculation du liquide améliore l’efficacité et permet des cycles rapides. Le projet étudiera les interactions entre la dynamique des fluides entraînée par capillarité, la cinétique des changements de phase et la déformation des matériaux souples. En combinant modélisation et expériences, il optimisera la vitesse, la pression et l’efficacité de l’actionneur. Cette approche innovante de l’actionnement souple permet de surmonter des limites majeures de la robotique souple, ouvrant la voie à des avancées dans les soins de santé et les technologies d’assistance.

Objectif

Soft robotics is redefining wearable technologies by enabling lightweight, compliant systems that safely interact with the human body. Yet, most soft actuators – the core enablers of muscle-like motion – still rely on bulky air compressors, high-voltage sources, or slow and inefficient thermal mechanisms, severely limiting real-world usability.
This project introduces a new actuation paradigm: a compact, silent, and fast actuator powered by on-demand liquid vaporization, overcoming the speed limitations of previous phase-change systems. A low-boiling liquid is stored in a porous matrix surrounding a micro-heater inside a reinforced elastomer cylinder. Capillary forces ensure uniform fluid distribution in any orientation – a critical feature for wearable use. Upon heating, rapid pressure rise leads to contraction of the cylinder. A unique cooling strategy exploits liquid recirculation to accelerate condensation and enable rapid cycling.
ACTIVA investigates the thermomechanical interplay between capillary-driven fluid dynamics, phase-change kinetics, and soft material deformation. By combining modeling and experimentation, it will reveal how capillary structure, thermal input, and active cooling influence actuation speed, pressure, and efficiency, enabling predictive control of output force and timing. Each actuator is a fully self-contained module integrating fluid, heater, electronics, and sensors. Stackable and adaptable, the modules suit various anatomical and force needs. As proof of concept, a soft exosuit supporting forearm motion will showcase the actuator’s potential in rehabilitation, assistance, and physically demanding tasks.
This project delivers a new class of soft actuation that is fast, efficient, and fully self-contained – directly addressing one of the most persistent limitations in soft robotics and enabling the transition from fragile lab-scale prototypes to robust, real-world applications in healthcare, industry, and human-assistive technologies.