Bløde robotter bliver bedre med fleksible pumper

Forskere fra Ecole Polytechnique Fedérale de Lausanne har udviklet en miniatyrpumpe, der vil hjælpe med at øge effektiviteten af autonome bløde robotter, letvægts-ekso skeletter og intelligente tekstiler.

De fleste af vores nuværende bløde robotter er lavet af silikone, gummi og strækbare polymerer. I modsætning til de hårdere eller mere traditionelle robotter kan bløde robotter bevæge sig mere effektivt i komplekse miljøer, håndtere ødelige genstande og bruges i mange robot-menneske forbindelser. Nogle af de områder, de bruges i, inkluderer rehabiliterings-ekso skeletter og robotisk tøj. Bløde bio-typer robotter kunne til sidst udforske fjernt og farlige miljøer meget sikkere end mennesker.

De bløde robotter, vi har nu, indeholder stive og støjende pumper, der bruges til at presse væske ind i vigtige områder. Dette skader muligheden for, hvad bløde robotter kan være, da deres mobilitet og autonomi er begrænset af pumpene og rørene.

Forskere fra EPFL’s Soft Transducers Laboratory (LMTS) og Laboratory of Intelligent Systems (LIS), sammen med forskere fra Shibaura Institute of Technology i Tokyo, Japan, er ansvarlige for disse nye udviklinger. De to grupper er de første, der har udviklet en helt blød pumpe, helt ned til elektroderne. Den nye pumpe vejer omkring et gram, og den er helt stille, mens den bruger en meget lille mængde energi. Kraften kommer fra en 2 cm x 2 cm kredsløb og en opladelig batteri. Denne nye pumpe kunne også være i stand til at fjerne behovet for at bruge tethers.

Herbert Shea, direktøren for LMTS, talte om den nye teknologi.

“Hvis vi vil aktiverer større robotter, forbinder vi flere pumper sammen,” sagde Shea. “Vi betragter dette som en paradigmeskift i feltet af bløde robotter.”

Forskerne offentliggjorde deres arbejde i en artikel i Nature.

En anden måde, som de bløde pumper kan bruges, er til at cirkulere væsker gennem intelligente tekstiler. De ville gøre dette ved at flytte væskerne rundt i tynde, fleksible rør, der er indlejret i tøjet. Der er mange muligheder for dette, herunder afkøling og opvarmning af forskellige områder af kroppen ved at flytte væskerne derhen. Mange fag ville have glæde af denne teknologi, herunder kirurger, atleter og piloter.

De nye bløde pumper er “baseret på den fysiske mekanisme, der bruges i dag til at cirkulere den afkølende væske i systemer som supercomputere.” Layoutet af pumperne inkluderer en rørformet kanal, der er 1 mm i diameter, og inde i er rækker af trykte elektroder. Inde i pumperne er en dielektrisk væske. Spændinger anvendes, og elektroner går derefter fra elektroderne til væsken. Dette får nogle af molekylerne til at blive elektrisk ladet. Disse molekyler bliver derefter tiltrukket af andre elektroder, og de trækker væsken gennem røret med sig. Ifølge Vito Cacucciolo, en postdoc ved LMTS og den ledende forfatter af studiet, “Vi kan accelerere strømmen ved at justere det elektriske felt, men den forbliver helt stille.”

Denne teknologi er allerede blevet testet i nogle områder. Forskerne kunne succesfuldt implante pumperne i en robotfinger, der ofte bruges i robotlaboratorier. Forskerne arbejder også med Koichi Suzumoris laboratorium i Japan, hvor de arbejder med væske-drevne kunstige muskler samt fleksible ekso skeletter.

Forskerholdet har også brugt den nye teknologi i en stofhandske. Handsken har rør gennem hele, der kan bære væske for at varme og afkøle forskellige områder af handsken. “Det fungerer lidt som dit hjemmes afkøling og opvarmningsystem,” sagde Cacucciolo.

Denne nye teknologi vil fortsætte med at udvikle sig, og det er sandsynligt, at den vil tiltrække virksomheder fra en række forskellige felter. Nogle har allerede vist interesse tidligt. Der er mange muligheder med de nye bløde robotter og strækbare pumper, der kan hjælpe med at udvikle mange menneske-robot grænseflade produkter