Ingenieros le dan a los robots suaves un corazón

Un equipo de investigación colaborativo de la Universidad de Cornell y el Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos ha utilizado fuerzas hidrodinámicas y magnéticas para impulsar una bomba deformable y de caucho que proporciona a los robots suaves un sistema circulatorio. Este sistema imita la biología de los animales en la naturaleza.

El artículo titulado “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” se publicó en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Máquinas similares a la vida

Rob Shepherd es profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Facultad de Ingeniería. Lideró el equipo de investigadores en la Universidad de Cornell junto con el autor principal Yoav Matia.

“Estas bombas suaves distribuidas funcionan mucho más como los corazones humanos y las arterias de las que se entrega la sangre”, dijo Shepherd. “Hemos tenido sangre de robot que publicamos desde nuestro grupo, y ahora tenemos corazones de robot. La combinación de los dos hará que las máquinas sean más similares a la vida”.

El Laboratorio de Robótica Orgánica liderado por Shepherd utilizó previamente materiales compuestos suaves para diseñar una amplia gama de tecnologías, como un sensor “piel” estirable y pantallas y ropa de braille impulsadas por combustión que monitorean el rendimiento atlético. También desarrollaron robots suaves que pueden caminar, gatear, nadar y sudar. Según el equipo, muchas de estas creaciones podrían aplicarse en los campos de cuidado y rehabilitación de pacientes.

Crear el sistema circulatorio

Los robots suaves requieren un sistema circulatorio para almacenar energía y alimentar sus extremidades y movimientos, lo que les permite completar tareas complejas.

La bomba elastomérica recién desarrollada consiste en un tubo de silicona suave equipado con bobinas de cable llamadas solenoides. Estos solenoides están espaciados alrededor del exterior de la bomba elastomérica, y los espacios entre las bobinas permiten que el tubo se doble y estire. Dentro del tubo hay un núcleo magnético sólido rodeado de fluido magnetorheológico, que se endurece cuando se expone a un campo magnético. Esto mantiene el núcleo centrado y crea un sello al mismo tiempo. Al aplicar el campo magnético de diferentes maneras, el núcleo magnético se puede mover hacia adelante y hacia atrás para empujar fluidos como agua y aceites de baja viscosidad con fuerza continua.

Shepherd se desempeñó como coautor senior de la investigación con Nathan Lazarus del Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos.

“Estamos operando a presiones y tasas de flujo que son 100 veces lo que se ha hecho en otras bombas suaves”, dijo Shepherd. “En comparación con las bombas duras, todavía estamos 10 veces más bajos en rendimiento. Entonces, eso significa que no podemos empujar aceites muy viscosos a tasas de flujo muy altas”.

Los investigadores realizaron un experimento para demostrar que el sistema de bomba puede mantener un rendimiento continuo bajo grandes deformaciones. También rastrearon los parámetros de rendimiento para garantizar que las iteraciones futuras puedan personalizarse según el robot.

“Pensamos que era importante tener relaciones de escalado para todos los parámetros de la bomba, para que cuando diseñemos algo nuevo, con diámetros de tubo y longitudes diferentes, sepamos cómo debemos ajustar la bomba para el rendimiento que queremos”, dijo Shepherd.