Οι Μηχανικοί Δίνουν Σoft Ρομπότ Μια Καρδιά

Μια συνεργατική ομάδα ερευνητών από το Cornell και το Εργαστήριο Έρευνας του Στρατού των Ηνωμένων Πολιτειών έχει χρησιμοποιήσει υδροδυναμικές και μαγνητικές δυνάμεις για να οδηγήσει μια ελαστική και παραμορφώσιμη αντλία που παρέχει στα σoft ρομπότ ένα κυκλοφορικό σύστημα. Αυτό το σύστημα μιμείται τη βιολογία των ζώων στη φύση. 

Το έγγραφο με τίτλο “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Λειτουργικά Μηχανήματα

Ο Rob Shepherd είναι αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής και αεροδιαστημικής στο Τμήμα Μηχανικής. Ηγήθηκε της ομάδας ερευνητών στο Cornell μαζί με τον συγγραφέα Yoav Matia.

“Αυτές οι κατανεμημένες ελαστικές αντλίες λειτουργούν πολύ πιο σαν ανθρώπινες καρδιές και οι αρτηρίες από τις οποίες το αίμα παραδίδεται,” είπε ο Shepherd. “Έχουμε ρομποτικό αίμα που δημοσιεύσαμε από την ομάδα μας, και τώρα έχουμε ρομποτικές καρδιές. Η συνδυασμός των δύο θα κάνει πιο λειτουργικά μηχανήματα.”

Το Organic Robotics Lab με ηγέτη τον Shepherd προηγουμένως χρησιμοποίησε ελαστικά υλικά για να σχεδιάσει eine ευρεία γκάμα τεχνολογιών, όπως ένα ελαστικό αισθητήριο “δέρμα” και Combustion-driven Braille οθόνες και ενδύματα που παρακολουθούν την αθλητική απόδοση. Αναπτύξαν επίσης σoft ρομπότ που μπορούν να περπατήσουν, να κινηθούν, να κολυμπήσουν και να ιδρώσουν. Σύμφωνα με την ομάδα, πολλές από αυτές τις δημιουργίες θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στα πεδία της φροντίδας ασθενών και της αποκατάστασης. 

Δημιουργία του Κυκλοφορικού Συστήματος

Τα σoft ρομπότ απαιτούν ένα κυκλοφορικό σύστημα για να αποθηκεύσουν ενέργεια και να τροφοδοτήσουν τα άκρα και τις κινήσεις τους, που τους επιτρέπουν να ολοκληρώσουν σύνθετα καθήκοντα. 

Η νεοαναπτυγμένη ελαστική αντλία αποτελείται από ένα ελαστικό σιλικόνη σωλήνα που είναι εξοπλισμένο με σπείρες σύρματος που ονομάζονται σολеноїδείς. Αυτές οι σπείρες είναι τοποθετημένες γύρω από το εξωτερικό της ελαστικής αντλίας, και οι κενές μεταξύ των σπειρών επιτρέπουν στον σωλήνα να γίνει καμπύλος και να τεντωθεί. Μέσα στον σωλήνα υπάρχει ένας στερεός μαγνήτης που περιβάλλεται από μαγνητορεολογικό υγρό, το οποίο σκληραίνει όταν εκτεθεί σε μαγνητικό πεδίο. Αυτό giữει τον πυρήνα στο κέντρο και δημιουργεί μια σφραγίδα ταυτόχρονα. Με την εφαρμογή του μαγνητικού πεδίου με διαφορετικούς τρόπους, ο πυρήνας μαγνήτη μπορεί να μετακινηθεί προς τα εμπρός και πίσω για να ωθήσει υγρά όπως νερό και χαμηλής viscositas έλαια με συνεχής δύναμη. 

Ο Shepherd υπηρέτησε ως συν-σενιόρ συγγραφέας της έρευνας με τον Nathan Lazarus του Εργαστηρίου Έρευνας του Στρατού των Ηνωμένων Πολιτειών. 

“Λειτουργούμε σε πιέσεις και ρυθμούς που είναι 100 φορές αυτά που έχουν γίνει σε άλλες σoft αντλίες,” είπε ο Shepherd. “Σε σύγκριση με τις σκληρές αντλίες, είμαστε ακόμα περίπου 10 φορές χαμηλότεροι σε απόδοση. Έτσι, αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να ωθήσουμε πραγματικά ιξώδεις έλαια σε πολύ υψηλούς ρυθμούς ροής.”

Οι ερευνητές διεξήγαγαν ένα πείραμα για να αποδείξουν ότι το σύστημα αντλίας μπορεί να διατηρήσει μια συνεχής απόδοση υπό μεγάλες παραμορφώσεις. Επίσης, παρακολούθησαν τις παραμέτρους απόδοσης για να διασφαλίσουν ότι οι μελλοντικές επαναλήψεις μπορούν να προσαρμοστούν ανάλογα με το ρομπότ. 

“Σκεφτήκαμε ότι ήταν σημαντικό να έχουμε σχέσεις κλιμάκωσης για όλους τους διαφορετικούς παράμετρους της αντλίας, ώστε όταν σχεδιάζουμε κάτι νέο, με διαφορετικές διαμέτρους σωλήνα και διαφορετικά μήκη, θα γνωρίζαμε πώς να ρυθμίσουμε την αντλία για την απόδοση που θέλουμε,” είπε ο Shepherd.