مهندسون يمنحون الروبوتات الناعمة قلبًا

عمل فريق تعاوني من الباحثين من جامعة كورنيل ومختبر أبحاث الجيش الأمريكي باستخدام القوى الهيدروديناميكية والмагнитية لتشغيل مضخة مطاطية ومرنة توفر نظامًا دورانًا للروبوتات الناعمة. هذا النظام يقلد بيولوجيا الحيوانات في الطبيعة.

نشرت الورقة التي تحمل عنوان “الرفع المغناطيسي الهيدروديناميكي لمضخات مرنة عالية الأداء” في إجراءات الأكاديمية الوطنية للعلوم.

آلات مشابهة

روب شيبارد هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية في كلية الهندسة. قاد فريقًا من الباحثين في كورنيل إلى جانب المؤلف الرئيسي يوفاف ماتيا.

“تعمل هذه المضخات الناعمة الموزعة أكثر مثل قلوب الإنسان والشرايين التي يتم تسليم الدم منها”، قال شيبارد. “لقد قدمنا دم روبوتي الذي نشرناه من مجموعتنا، والآن لدينا قلوب روبوتية. الجمع بين الاثنين سوف يصنع آلات أكثر تشابهًا مع الحياة.”

استخدم مختبر الروبوتات العضوية بقيادة شيبارد في السابق مركبات مواد ناعمة لتصميم مجموعة واسعة من التكنولوجيا، مثل جلد مرن وطابعات برايل مدفوعة بالاحتراق وعرض ملابس تتابع أداء الرياضيين. كما طوروا روبوتات ناعمة يمكنها المشي والزحف والسباحة والعرق. وفقًا للفريق، يمكن تطبيق العديد من هذه الإبداعات في مجالات رعاية المرضى والتأهيل.

إنشاء النظام الدوراني

تحتاج الروبوتات الناعمة إلى نظام دوراني لتخزين الطاقة وتزويد أجزائها بالحركة، مما يسمح لها بإنجاز مهام معقدة.

تتكون المضخة المرنة الجديدة من أنابيب سيليكون ناعمة متصلة بملفات سلكية تسمى سولينويدات. هذه السولينويدات موزعة حول الجزء الخارجي من المضخة المرنة، والفجوات بين الملفات تسمح للأنبوب الانثناء والتمديد. داخل الأنبوب هناك مغناطيس صلب محاط بسائل مغناطيسي رغوي، الذي يتصلب عند تعرضه لحقل مغناطيسي. هذا يحافظ على مركز المغناطيس وينشئ ختمًا في نفس الوقت. من خلال تطبيق الحقل المغناطيسي بطرق مختلفة، يمكن تحريك مغناطيس النواة إلى الأمام والخلف لتحريك السوائل مثل الماء والزيوت منخفضة اللزوجة بقوة مستمرة.

شيبارد كان المؤلف المشارك الأعلى مع ناثان لازاروس من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي.

“نحن نعمل عند ضغوط وسرعات تدفق تبلغ 100 مرة ما تم إنجازه في مضخات ناعمة أخرى”، قال شيبارد. “مقارنة بالمضخات الصلبة، نحن ما زلنا منخفضين في الأداء بمقدار 10 مرات. وهذا يعني أننا لا نستطيع دفع زيوت لزجة جدًا بسرعات تدفق عالية.”

أجرى الباحثون تجربة لتحديد أن نظام المضخة يمكن أن يحافظ على أداء مستمر تحت تشوهات كبيرة. كما قاموا بتتبع معلمات الأداء لضمان أن التكرارات المستقبلية يمكن أن تكون مخصصة حسب الروبوت.

“كنا نعتقد أن من المهم وجود علاقات مقياس لجميع المعاملات المختلفة للمضخة، بحيث عندما نصمم شيئًا جديدًا، مع أقطار أنابيب مختلفة وأطوال مختلفة، سنعرف كيف يجب تعديل المضخة للأداء الذي نريده”، قال شيبارد.