Insinöörit antavat 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.

Elävänkaltaisia koneita

Rob Shepherd on tekniikan korkeakoulun kone- sekä ilmailu- ja avaruustekniikan apulaisprofessori. Hän johti tutkijaryhmää Cornellissa yhdessä johtavan kirjoittajan Yoav Matian kanssa.

“Nämä hajautetut pehmeät pumput toimivat paljon enemmän kuin ihmisen sydän ja valtimot, joiden kautta veri kulkee”, Shepherd sanoi. “Olemme kehittäneet robottiverta, josta ryhmämme on aiemmin julkaissut tutkimuksen, ja nyt meillä on robottisydämet. Näiden yhdistelmä tekee elävämmän kaltaisia koneita.”

Shepherdin johtama Organic Robotics Lab on aiemmin käyttänyt pehmeitä materiaalikomposiitteja suunnittelemaan laajaa valikoimaa teknologioita, kuten venyvää antureista koostuvaa ”ihoa” ja palamisella toimivia pistekirjoitusnäyttöjä ja urheilusuorituksen seuraamiseen tarkoitettua vaatetusta. He ovat myös kehittäneet pehmeitä robotteja, jotka voivat kävellä, ryömiä, uida ja hikoilla. Ryhmän mukaan monia näistä luomuksista voidaan soveltaa potilashoidon ja kuntoutuksen aloilla.

Verenkiertojärjestelmän luominen

Pehmeät robotit tarvitsevat verenkiertojärjestelmän varastoidakseen energiaa sekä tuottaakseen voimaa raajoilleen ja liikkeilleen, jotta ne voivat suorittaa monimutkaisia tehtäviä.

Uusi elastomeeripumppu koostuu pehmeästä silikoniputkesta, jossa on solenoideiksi kutsuttuja lankakeloja. Nämä solenoidit on sijoitettu pumpun ulkopuolelle, ja niiden välisten aukkojen ansiosta putki voi taipua ja venyä. Putken sisällä on kiinteä ydinmagneetti, jota ympäröi magnetorheologinen neste, joka kovettuu, kun se altistuu magneettiselle kentälle. Tämä pitää ytimen keskitettynä ja muodostaa samalla tiivisteen. Magneettikenttää eri tavoin käyttämällä ydinmagneettia voidaan siirtää edestakaisin, jolloin voidaan työntää nesteitä, kuten vettä ja matalan viskositeetin öljyjä, jatkuvalla voimalla eteenpäin.

Shepherd toimi yhtenä tutkimuksen johtavista kirjoittajista 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. “Jäykkiin pumppuihin verrattuna suorituskykymme on edelleen noin kymmenesosa. 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 skaalaussuhteet pumpun kaikille parametreille, jotta suunnitellessamme jotakin uutta, jossa putkien halkaisijat ja pituudet vaihtelevat, tietäisimme, miten pumppu tulisi säätää halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi”, Shepherd sanoi.