Inženýři dávají měkkým robotům srdce

Společný tým výzkumníků z Cornellovy univerzity a U.S. Army Research Laboratory použil hydrodynamické a magnetické síly k pohonu gumového a deformovatelného čerpadla, které poskytuje měkkým robotům cirkulační systém. Tento systém napodobuje biologii zvířat v přírodě.

Článek s názvem „Magnetohydrodynamická levitace pro vysokovýkonná flexibilní čerpadla“ byl zveřejněn v Proceedings of the National Academy of Sciences.

Stroje připomínající živé organismy

Rob Shepherd je docent strojního a leteckého a kosmického inženýrství na College of Engineering. Vedl tým výzkumníků na Cornellově univerzitě spolu s vedoucím autorem Yoavem Matiou.

“Tato distribuovaná měkká čerpadla fungují mnohem více jako lidská srdce a tepny, kterými je krev dodávána,” řekl Shepherd. “Naše skupina již publikovala výzkum robotické krve, a nyní máme robotická srdce. Kombinace obou umožní vytvářet stroje více připomínající živé organismy.”

Laboratoř Organic Robotics vedená Shepherdem dříve používala kompozitní měkké materiály k navrhování širokého spektra technologií, jako je roztažitelná senzorová „kůže“ a Braillovy displeje poháněné spalováním a oblečení, které monitoruje sportovní výkon. Vyvinuli také měkké roboty, které mohou chodit, plazit se, plavat a potit se. Podle týmu by mnoho z těchto výtvorů mohlo být použito v oblasti péče o pacienty a rehabilitace.

Vytvoření cirkulačního systému

Měkcí roboti potřebují cirkulační systém pro ukládání energie a pohon končetin i pohybů, což jim umožňuje plnit složité úkoly.

Nově vyvinuté elastomerové čerpadlo se skládá z měkké silikonové trubice vybavené cívkami drátu zvanými solenoidy. Tyto solenoidy jsou rozmístěny kolem vnější části elastomerového čerpadla a mezery mezi cívkami umožňují trubici ohýbat a protahovat. Uvnitř trubice je pevné magnetické jádro obklopené magnetoreologickou kapalinou, která ztuhne, když je vystavena magnetickému poli. To udržuje jádro ve středu a vytváří těsnění současně. Používáním magnetického pole různými způsoby lze magnetické jádro pohybovat tam a zpět, aby se tlačily kapaliny, jako je voda a nízkoviskózní oleje, vpřed s kontinuální silou.

Shepherd působil jako jeden ze seniorních spoluautorů výzkumu s Nathanem Lazarusem z U.S. Army Research Laboratory.

“Fungujeme při tlacích a průtocích, které jsou 100krát vyšší než u ostatních měkkých čerpadel,” řekl Shepherd. “Ve srovnání s tuhými čerpadly jsme stále asi 10krát nižší ve výkonu. To znamená, že nemůžeme tlačit velmi viskózní oleje při velmi vysokých průtocích.”

Výzkumníci provedli experiment, aby prokázali, že čerpadlový systém může udržet kontinuální výkon i při velkých deformacích. Sledovali také parametry výkonu, aby zajistili, že budoucí iterace mohou být přizpůsobeny podle robotu.

“Považovali jsme za důležité mít měřítkové vztahy pro všechny parametry čerpadla, abychom věděli, jak máme čerpadlo nastavit pro výkon, který chceme, když navrhujeme něco nového s jinými průměry trubek a jinými délkami,” řekl Shepherd.