Insinöörit antoivat pehmeille roboteille sydämen

Cornellista ja Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratoriosta koostuva tutkijaryhmä on käyttänyt hydrodynaamisia ja magneettisia voimia ohjaamaan kumista ja muovautuvaa pumppua, joka tarjoaa pehmeille roboteille verenkiertojärjestelmän. Tämä järjestelmä jäljittelee eläinten biologiaa luonnossa.

Artikkeli, jonka otsikko on ”Magnetohydrodynaaminen leijunta korkean suorituskyvyn joustaville pumppuille”, on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences-julkaisussa.

Likelike Machines

Rob Shepherd on Cornellin mekaanisen ja ilmailu- ja avaruustekniikan osaston apulaisprofessori. Hän johti tutkijaryhmää Cornellissa yhdessä johtavan kirjoittajan Yoav Matian kanssa.

“Nämä hajautetut pehmeät pumput toimivat paljon enemmän kuin ihmisen sydän ja verisuonet, joista veri toimitetaan”, Shepherd sanoi. “Olemme kehittäneet robotti-veren, jonka olemme julkaissut aiemmin, ja nyt meillä on robotti-sydämet. Näiden yhdistelmä tekee enemmän elävänkaltaisia koneita.”

Shepherdin johtama Organic Robotics Lab on aiemmin käyttänyt pehmeitä materiaalikomposiitteja suunnittelemaan laajaa valikoimaa teknologioita, kuten venyvää anturin ”ihoa” ja polttoainekäyttöisiä braillenäyttöjä ja urheilusuorituksen seuraamiseen tarkoitettua vaatetusta. He ovat myös kehittäneet pehmiä robottija, jotka voivat kävellä, ryömiä, uida ja hikeä. Ryhmän mukaan monia näistä luomuksista voidaan soveltaa potilashoidon ja kuntoutumisen aloilla.

Verenkiertojärjestelmän luominen

Pehmille roboteille tarvitaan verenkiertojärjestelmä, jotta ne voivat varastoida energiaa ja voimia liikkeisiinsä ja liikkeisiinsä, mikä mahdollistaa monimutkaisten tehtävien suorittamisen.

Uuden elastomeerisen pumpun muodostaa pehmeästä silikonista valmistettu putki, jossa on lankaa kutsutaan solenoidiksi. Nämä solenoidit on sijoitettu pumpun ulkopuolelle, ja niiden välisten aukkojen ansiosta putki voi taipua ja venyä. Putken sisällä on kiinteä magneettinen ydin, jota ympäröi magnetorheologinen neste, joka kovettuu, kun se altistuu magneettiselle kentälle. Tämä pitää ydintä keskellä ja luo samalla tiivisten. Magneettikentän soveltamalla eri tavoilla voidaan siirtää magneettista ydintä edestakaisin, jolloin voidaan työntää nesteitä, kuten vettä ja matalan viskositeetin öljyjä, jatkuvalla voimalla eteenpäin.

Shepherd toimi tutkimuksen yhden kirjoittajana yhdessä Nathan Lazarusin kanssa Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratoriosta.

“Toimimme paineissa ja virtausnopeuksissa, jotka ovat 100 kertaa suuremmat kuin mitä on tehty muissa pehmeissä pumppuissa”, Shepherd sanoi. “Vertailukohtana kovien pumppujen kanssa olemme edelleen noin 10 kertaa heikompia suorituskyvyltään. Tämä tarkoittaa, että emme voi työntää hyvin viskooseja öljyjä korkeilla virtausnopeuksilla.”

Tutkijat suorittivat kokeen osoittamaan, että pumppujärjestelmä voi ylläpitää jatkuvaa suorituskykyä suurten muodonmuutosten aikana. He seurasivat myös suorituskykyparametreja, jotta tulevat iteroinnit voidaan räätälöidä robottiin.

“Meille oli tärkeää löytää skaalaukselliset suhteet pumpun kaikille parametreille, jotta voimme suunnitella uuden pumpun, jossa on eri putkiläpimittaa ja eri pituuksia, ja tietäisimme, miten voimme säätää pumppua haluamme suorituskyvylle”, Shepherd sanoi.