Weiche Robotik wird mit flexibler Pumpe besser

Wissenschaftler der Ecole Polytechnique Fedérale de Lausanne haben eine Miniaturpumpe entwickelt, die die Effektivität autonomer weicher Roboter, leichter Exoskelette und intelligenter Kleidung erhöhen wird.

Die meisten unserer aktuellen weichen Roboter bestehen aus Silikon, Gummi und dehnbaren Polymeren. Im Gegensatz zu härteren oder traditionelleren Robotern können weiche Roboter komplexe Umgebungen effizienter bewegen, fragile Objekte handhaben und in vielen Roboter-Mensch-Verbindungen eingesetzt werden. Einige der Bereiche, in denen sie eingesetzt werden, sind Rehabilitationsexoskelette und robotische Kleidung. Weich-bio-ähnliche Roboter könnten remote und gefährliche Umgebungen in Zukunft sicherer als Menschen erkunden.

Die weichen Roboter, die wir jetzt haben, enthalten starre und laute Pumpen, die verwendet werden, um Flüssigkeit in wichtige Bereiche zu pumpen. Dies schadet der Möglichkeit, was weiche Roboter sein können, da ihre Mobilität und Autonomie durch die Pumpen und Schläuche begrenzt sind.

Forscher des Soft Transducers Laboratory (LMTS) und des Laboratory of Intelligent Systems (LIS) der EPFL, zusammen mit Forschern des Shibaura Institute of Technology in Tokyo, Japan, sind für diese neuen Entwicklungen verantwortlich. Die beiden Gruppen sind die ersten, die eine vollständig weiche Pumpe entwickelt haben, einschließlich der Elektroden. Die neue Pumpe wiegt etwa ein Gramm und ist völlig leise, während sie sehr wenig Energie verbraucht. Die Energie kommt von einem 2 cm x 2 cm großen Schaltkreis und einer wiederaufladbaren Batterie. Diese neue Pumpe könnte auch den Bedarf an Verbindungen eliminieren.

Herbert Shea, der Direktor des LMTS, sprach über die neue Technologie.

“Wenn wir größere Roboter betreiben möchten, verbinden wir mehrere Pumpen miteinander”, sagte Shea. “Wir betrachten dies als einen Paradigmenwechsel im Bereich der weichen Robotik.”

Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit in einem Artikel in der Zeitschrift Nature.

Eine weitere Möglichkeit, wie die weichen Pumpen eingesetzt werden können, ist die Zirkulation von Flüssigkeiten in intelligenter Kleidung. Sie würden dies tun, indem sie die Flüssigkeiten in dünne, flexible Schläuche pumpen, die in die Kleidung eingebettet sind. Es gibt viele Möglichkeiten für dies, einschließlich der Kühlung und Erwärmung verschiedener Körperbereiche, indem die Flüssigkeiten dorthin gepumpt werden. Viele Berufe würden von dieser Technologie profitieren, einschließlich Chirurgen, Athleten und Piloten.

Die neuen weichen Pumpen basieren auf dem physikalischen Mechanismus, der heute verwendet wird, um die Kühlflüssigkeit in Systemen wie Supercomputern zu zirkulieren. Die Anordnung der Pumpe umfasst einen röhrenförmigen Kanal mit einem Durchmesser von 1 mm, in dem Reihen von gedruckten Elektroden angeordnet sind. Innerhalb der Pumpe befindet sich eine dielektrische Flüssigkeit. Es werden Spannungen angelegt, und Elektronen gehen von den Elektroden zur Flüssigkeit. Dies verursacht, dass einige Moleküle elektrisch geladen werden. Diese Moleküle werden dann von anderen Elektroden angezogen und ziehen die Flüssigkeit durch den Kanal mit. Laut Vito Cacucciolo, einem Postdoktoranden am LMTS und dem Hauptautor der Studie, “können wir die Flussgeschwindigkeit durch Anpassen des elektrischen Feldes erhöhen, und sie bleibt völlig leise.”

Diese Technologie wird bereits in einigen Bereichen getestet. Die Forscher konnten die Pumpe erfolgreich in einen robotischen Finger implantieren, der häufig in Robotik-Labors verwendet wird. Die Forscher arbeiten auch mit dem Labor von Koichi Suzumori in Japan zusammen, wo sie an flüssigkeitsgetriebenen künstlichen Muskeln und flexiblen Exoskeletten arbeiten.

Das Forscherteam hat die neue Technologie auch in einem Stoffhandschuh eingesetzt. Der Handschuh hat Schläuche, die Flüssigkeiten transportieren können, um verschiedene Bereiche des Handschuhs zu erwärmen und zu kühlen. “Es funktioniert ein bisschen wie Ihr Heim-Heiz- und Kühlsystem”, sagte Cacucciolo.

Diese neue Technologie wird weiterentwickelt und wird wahrscheinlich Unternehmen aus verschiedenen Bereichen anziehen. Einige haben bereits frühzeitig Interesse gezeigt. Es gibt viele Möglichkeiten mit den neuen weichen Robotern und dehnbaren Pumpen, die dazu beitragen können, viele Mensch-Roboter-Schnittstellen-Produkte zu entwickeln.