Gli ingegneri danno ai robot morbidi un cuore

Un team di ricercatori collaborativi di Cornell e del Laboratorio di Ricerca dell’Esercito degli Stati Uniti ha utilizzato forze idrodinamiche e magnetiche per azionare una pompa morbida e deformabile che fornisce ai robot morbidi un sistema circolatorio. Questo sistema mimetizza la biologia degli animali in natura.

L’articolo intitolato “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” è stato pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences.

Macchine simili a quelle viventi

Rob Shepherd è professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Cornell University. Ha guidato il team di ricercatori alla Cornell insieme all’autore principale Yoav Matia.

“Queste pompe morbide distribuite funzionano molto più come i cuori umani e le arterie da cui il sangue viene consegnato”, ha detto Shepherd. “Abbiamo avuto sangue per robot che abbiamo pubblicato dal nostro gruppo e adesso abbiamo cuori per robot. La combinazione dei due renderà le macchine più simili a quelle viventi”.

Il Laboratorio di Robotica Organica guidato da Shepherd ha precedentemente utilizzato materiali compositi morbidi per progettare una vasta gamma di tecnologie, come un sensore “pelle” estensibile e display braille a combustione e abbigliamento che monitora le prestazioni atletiche. Hanno anche sviluppato robot morbidi che possono camminare, strisciare, nuotare e sudare. Secondo il team, molte di queste creazioni potrebbero essere applicate nei campi dell’assistenza ai pazienti e della riabilitazione.

Creazione del sistema circolatorio

I robot morbidi richiedono un sistema circolatorio per immagazzinare energia e alimentare i loro arti e movimenti, che consentono loro di completare compiti complessi.

La pompa elastomerica appena sviluppata consiste in un tubo di silicone morbido dotato di bobine di filo chiamate solenoidi. Questi solenoidi sono disposti intorno all’esterno della pompa elastomerica e gli spazi tra le bobine consentono al tubo di piegarsi e allungarsi. All’interno del tubo c’è un magnete solido circondato da fluido magnetoreologico, che si irrigidisce quando esposto a un campo magnetico. Ciò mantiene il nucleo centrale e crea un sigillo allo stesso tempo. Applicando il campo magnetico in modi diversi, il magnete centrale può essere mosso avanti e indietro per spingere fluidi come acqua e oli a bassa viscosità in modo continuo con forza costante.

Shepherd ha ricoperto il ruolo di co-autore senior della ricerca con Nathan Lazarus del Laboratorio di Ricerca dell’Esercito degli Stati Uniti.

“Stiamo operando a pressioni e portate che sono 100 volte superiori a quelle che sono state fatte in altre pompe morbide”, ha detto Shepherd. “In confronto alle pompe rigide, siamo ancora circa 10 volte inferiori in termini di prestazioni. Quindi non possiamo spingere oli molto viscosi a portate molto elevate”.

I ricercatori hanno condotto un esperimento per dimostrare che il sistema di pompa può mantenere una prestazione continua anche in caso di grandi deformazioni. Hanno anche tracciato i parametri di prestazione per assicurarsi che le future iterazioni possano essere personalizzate in base al robot.

“Abbiamo ritenuto importante avere relazioni di scala per tutti i parametri della pompa, in modo che quando progettiamo qualcosa di nuovo, con diametri di tubo diversi e lunghezze diverse, sapremmo come regolare la pompa per le prestazioni che desideriamo”, ha detto Shepherd.