Μηχανικοί δίνουν καρδιά σε μαλακά ρομπότ

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 μαλακά 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.

Μηχανές που μοιάζουν με ζωντανούς οργανισμούς

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

“Αυτές οι κατανεμημένες ελαστικές αντλίες λειτουργούν πολύ περισσότερο σαν ανθρώπινες καρδιές και τις αρτηρίες μέσω των οποίων μεταφέρεται το αίμα”, είπε ο Shepherd. “Η ομάδα μας έχει ήδη δημοσιεύσει έρευνα για το αίμα των ρομπότ και τώρα έχουμε ρομποτικές καρδιές. Η συνδυασμένη χρήση των δύο θα δημιουργήσει μηχανές που μοιάζουν περισσότερο με ζωντανούς οργανισμούς.”

Το Organic Robotics Lab υπό την ηγεσία του Shepherd χρησιμοποίησε παλαιότερα σύνθετα μαλακά υλικά για να σχεδιάσει ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, όπως ένα ελαστικό αισθητήριο “δέρμα” και οθόνες Μπράιγ που λειτουργούν με καύση και ενδύματα που παρακολουθούν την αθλητική απόδοση. Ανέπτυξαν επίσης μαλακά ρομπότ που μπορούν να περπατούν, να έρπουν, να κολυμπούν και να ιδρώνουν. 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 μαλακά ρομπότ απαιτούν ένα κυκλοφορικό σύστημα για να αποθηκεύουν ενέργεια και να τροφοδοτούν τα άκρα και τις κινήσεις τους, οι οποίες τους επιτρέπουν να ολοκληρώσουν σύνθετες εργασίες.

Η πρόσφατα αναπτυγμένη ελαστομερής αντλία αποτελείται από έναν μαλακό σωλήνα σιλικόνης που είναι εξοπλισμένος με σπείρες σύρματος που ονομάζονται σωληνοειδή. Αυτά τα σωληνοειδή είναι τοποθετημένα γύρω από το εξωτερικό της ελαστικής αντλίας και οι κενές περιοχές μεταξύ των σπείρων επιτρέπουν στον σωλήνα να λυγίζει και να τεντωθεί. Μέσα στον σωλήνα υπάρχει ένας συμπαγής μαγνήτης στον πυρήνα που περιβάλλεται από μαγνητορεολογικό υγρό, το οποίο σκληραίνει όταν εκτεθεί σε μαγνητικό πεδίο. Αυτό κρατάει τον πυρήνα στο κέντρο και δημιουργεί ταυτόχρονα στεγανοποίηση. Με την εφαρμογή του μαγνητικού πεδίου με διαφορετικούς τρόπους, ο μαγνητικός πυρήνας μπορεί να μετακινηθεί προς τα εμπρός και προς τα πίσω για να ωθήσει υγρά όπως νερό και έλαια χαμηλού ιξώδους προς τα εμπρός με συνεχή δύναμη.

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

“Λειτουργούμε σε πιέσεις και ρυθμούς ροής που είναι 100 φορές υψηλότεροι από εκείνους που έχουν επιτευχθεί σε άλλες ελαστικές αντλίες”, είπε ο Shepherd. “Σε σύγκριση με τις σκληρές αντλίες, είμαστε ακόμη περίπου 10 φορές χαμηλότεροι στην απόδοση. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να ωθήσουμε έλαια πολύ υψηλού ιξώδους σε πολύ υψηλές ροές.”

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν ένα πείραμα για να δείξουν ότι το σύστημα αντλίας μπορεί να διατηρήσει συνεχή απόδοση υπό μεγάλες παραμορφώσεις. Επίσης, παρακολούθησαν τις παραμέτρους της απόδοσης για να διασφαλίσουν ότι μελλοντικές επαναλήψεις μπορούν να προσαρμοστούν ανάλογα με το ρομπότ.

“Θεωρήσαμε σημαντικό να έχουμε σχέσεις κλιμάκωσης για όλες τις παραμέτρους της αντλίας, ώστε όταν σχεδιάζουμε κάτι νέο, με διαφορετικές διαμέτρους σωλήνα και διαφορετικά μήκη, να γνωρίζουμε πώς πρέπει να ρυθμίσουμε την αντλία για την απόδοση που θέλουμε”, είπε ο Shepherd.