Inženýři dali softwarovým robotům srdce

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

Článek s názvem “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” byl zveřejněn v Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Likelike Machines

Rob Shepherd je associate profesor mechanického a aerospatialního inženýrství na College of Engineering. Vedl tým výzkumníků na Cornellově univerzitě spolu s vedoucím autorem Yoavem Matia.

“Tyto distribuované softwarové čerpadla fungují mnohem více jako lidská srdce a arterie, ze kterých je krev doručována,” řekl Shepherd. “Měli jsme robotické krev, které jsme zveřejnili ze naší skupiny, a nyní máme robotická srdce. Kombinace obou bude vytvářet více podobné stroje.”

Organic Robotics Lab vedený Shepherdem dříve používal softwarové materiálové kompozity k navržení širokého spektra technologií, jako je stretchable senzor “kůže” a spalovací displeje a oblečení, které monitoruje atletické výkony. Vyvinuli také softwarové roboty, které mohou chodit, plazit se, plavat a potit. Podle týmu by mnoho z těchto výtvorů mohlo být aplikováno v oblasti pacientů a rehabilitace. 

Vytvoření cirkulačního systému

Softwaroví roboti vyžadují cirkulační systém k uložení energie a napájení svých končetin a pohybů, které jim umožňují dokončit složité úkoly. 

Nově vyvinuté elastomerické čerpadlo se skládá z měkké silikonové trubice vybavené cívkami drátu zvanými solenoidy. Tyto solenoidy jsou umístěny kolem vnější strany elastomerického čerpadla a mezery mezi nimi umožňují trubici ohýbat a táhnout. 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. Aplikací magnetického pole různými způsoby lze jádro pohybovat tam a zpět, aby se tlačely kapaliny, jako je voda a nízkoviskózní oleje, s kontinuální silou. 

Shepherd působil jako ko-senior autor výzkumu s Nathanem Lazarusem z U.S. Army Research Laboratory. 

“Fungujeme při tlacích a průtocích, které jsou 100krát vyšší než to, co bylo provedeno v jiných softwarových čerpadlech,” řekl Shepherd. “Ve srovnání s tvrdými čerpadly jsme stále asi 10krát nižší ve výkonu. To znamená, že nemůžeme tlačit opravdu viskózní oleje při velmi vysokých průtocích.”

Výzkumníci provedli experiment, aby prokázali, že čerpadlový systém může udržet kontinuální výkon pod velkými deformacemi. Také sledovali parametry výkonu, aby zajistili, že budoucí iterace mohou být přizpůsobeny podle robotů. 

“Mysleli jsme, že je důležité mít měřítkové vztahy pro všechny parametry čerpadla, aby když navrhujeme něco nového, s jinými průměry trubek a jinými délkami, věděli, jak bychom měli čerpadlo naladit pro požadovaný výkon,” řekl Shepherd.