Insinöörit antavat pehmeille roboteille sydämen

Cornellin ja Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratorion tutkijoiden yhteistyöryhmä on käyttänyt hydrodynaamisia ja magneettisia voimia ajaakseen kumista ja muotoaan muuttavaa pumppua, joka tarjoaa pehmeille roboteille verenkiertojärjestelmän. Tämä järjestelmä jäljittelee eläinten biologiaa luonnossa. 

Paperi "Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps" julkaistiin vuonna Proceedings of National Academy of Sciences. 

Kuten Koneet

Rob Shepherd on kone- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori College of Engineeringissä. Hän johti Cornellin tutkijaryhmää pääkirjailija Yoav Matian rinnalla.

"Nämä hajautetut pehmeät pumput toimivat paljon enemmän kuin ihmisten sydämet ja valtimot, joista veri toimitetaan", Shepherd sanoi. ”Meillä on ollut robottiverta, jonka julkaisimme ryhmästämme, ja nyt meillä on robottisydämet. Näiden kahden yhdistelmä tekee koneita todenmukaisempia."

Shepherdin johtama Organic Robotics Lab käytti aiemmin pehmeiden materiaalien komposiitteja suunnitellakseen monenlaisia ​​teknologioita, kuten venyvän sensorin "ihon" ja polttokäyttöisiä pistekirjoitusnäyttöjä ja vaatteita, jotka tarkkailevat urheilullista suorituskykyä. He kehittivät myös pehmeitä robotteja, jotka voivat kävellä, ryömiä, uida ja hikoilla. Ryhmän mukaan monia näistä luomuksista voitaisiin soveltaa potilaiden hoidon ja kuntoutuksen aloilla. 

Verenkiertojärjestelmän luominen

Pehmeät robotit tarvitsevat verenkiertojärjestelmän varastoidakseen energiaa ja tehostaakseen lisäyksiään ja liikkeitään, mikä mahdollistaa monimutkaisten tehtävien suorittamisen. 

Äskettäin kehitetty elastomeeripumppu koostuu pehmeästä silikoniputkesta, joka on varustettu solenoideiksi kutsutuilla lankakeloilla. Nämä solenoidit on sijoitettu erilleen elastomeeripumpun ulkopinnan ympärille, ja kelojen väliset raot mahdollistavat putken taipumisen ja venymisen. Putken sisällä on kiinteä ydinmagneetti, jota ympäröi magnetorheologinen neste, joka jäykistyy joutuessaan alttiiksi magneettikentälle. Tämä pitää ytimen keskitettynä ja luo samalla tiivisteen. Käyttämällä magneettikenttää eri tavoilla, ydinmagneettia voidaan liikuttaa edestakaisin, jolloin nesteitä, kuten vettä ja matalaviskositeettisia öljyjä, voidaan siirtää eteenpäin jatkuvalla voimalla. 

Shepherd toimi tutkimuksen vanhempana kirjoittajana yhdessä Nathan Lazaruksen kanssa Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratoriosta. 

"Käytämme paineilla ja virtausnopeuksilla, jotka ovat 100 kertaa suuremmat kuin muissa pehmeissä pumpuissa", sanoi Shepherd. ”Verrattuna koviin pumppuihin olemme edelleen noin 10 kertaa alhaisemmat suorituskyvyssämme. Tämä tarkoittaa, että emme voi työntää todella viskoosia öljyä erittäin suurilla virtausnopeuksilla.

Tutkijat suorittivat kokeen osoittaakseen, että pumppujärjestelmä voi ylläpitää jatkuvaa suorituskykyä suurissa muodonmuutoksissa. He myös seurasivat suorituskykyparametreja varmistaakseen, että tulevat iteraatiot voidaan räätälöidä robotista riippuen. 

"Pidimme tärkeänä skaalaussuhteita kaikille pumpun eri parametreille, jotta kun suunnittelemme jotain uutta, eri putkien halkaisijat ja pituudet, tietäisimme, kuinka meidän pitäisi virittää pumppu haluamaamme suorituskykyyn. "Paimen sanoi.