מהנדסים נותנים לרובוטים רכים לב

צוות מחקר שיתופי של חוקרים מקורנל ומעבדת המחקר של צבא ארצות הברית השתמש בכוחות הידרודינמיים ומגנטיים כדי להניע משאבה גמישה וניתנת לעיצוב, שמספקת לרובוטים רכים מערכת מחזורית. מערכת זו מחקה את הביולוגיה של בעלי חיים בטבע.

המאמר בשם “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” פורסם בProceedings of the National Academy of Sciences.

מכונות דומות לחיים

רוב שפירד הוא פרופסור חבר להנדסת מכונות ואווירונאוטיקה בפקולטה להנדסה. הוא הוביל את הצוות של חוקרים בקורנל לצד המחבר הראשי יואב מתיה.

“משאבות רכות אלה פועלות הרבה יותר כמו לב האדם והעורקים שמהם הדם מסופק”, אמר שפירד. “היינו לנו דם רובוטי שפרסמנו מקבוצתנו, ועכשיו יש לנו לבבות רובוטיים. שילוב של שניהם ייצור מכונות יותר דומות לחיים”.

מעבדת הרובוטיקה האורגנית בראשות שפירד השתמשה בעבר בחומרים מרוכבים רכים כדי לעצב מגוון רחב של טכנולוגיות, כגון “עור” חיישני גמיש ותצוגות ברייל המונעות באמצעות שריפה ובגדים שמנטרים ביצועים אתלטיים. הם פיתחו גם רובוטים רכים שיכולים ללכת, לרחב, לשחות ולהזיע. לפי הצוות, הרבה מהיצירות האלה יכולות להיות מיושמות בתחומי הטיפול בחולים והשיקום.

יצירת מערכת המחזור

רובוטים רכים זקוקים למערכת מחזורית כדי לאחסן אנרגיה ולהניע את זרועותיהם ותנועותיהם, שמאפשרים להם לבצע משימות מורכבות.

המשאבה האלסטומרית החדשה מורכבת מצינור סיליקון רך עם סלילים של תיל הקרויים סולנואידים. סולנואידים אלה מרוחים סביב החיצוני של המשאבה האלסטומרית, והפערים בין הסלילים מאפשרים לצינור לנוע ולתת. בתוך הצינור יש מגנט מוצק מוקף בנוזל מגנטוריאולוגי, שמתקשה כאשר הוא נחשף לשדה מגנטי. זה שומר על הליבה במרכז ויוצר אטימה בו-זמנית. באמצעות החלת שדה מגנטי בדרכים שונות, ניתן להזיז את המגנט המרכזי קדימה ואחורה כדי לדחוף נוזלים כמו מים ושמנים בעלי צמיגות נמוכה עם כוח רציף.

שפירד שימש כמחבר שותף של המחקר עם נייתן לזרוס מעבדת המחקר של צבא ארצות הברית.

“אנחנו פועלים בלחצים וקצבי זרימה שהם 100 פעמים מה שנעשה במשאבות רכות אחרות”, אמר שפירד. “בהשוואה למשאבות קשות, אנחנו עדיין כ-10 פעמים נמוך יותר בביצועים. כך שזאת אומרת שאנחנו לא יכולים לדחוף שמנים סמיכים בקצבי זרימה גבוהים”.

החוקרים ביצעו ניסוי כדי להדגים שמערכת המשאבה יכולה לשמור על ביצועים רציפים תחת עיוותים גדולים. הם גם עקבו אחר פרמטרי הביצועים כדי לוודא שאיטרציות עתידיות יכולות להיות מותאמות אישית על פי הרובוט.

“חשבנו שזה חשוב להיות לנו יחסי גודל לכל הפרמטרים השונים של המשאבה, כך שכאשר נעצב משהו חדש, עם קוטרי צינורות שונים ואורכים שונים, נדע כיצד צריך לכוונן את המשאבה לביצועים שאנחנו רוצים”, אמר שפירד.