ソフトロボットに心臓を与えるエンジニア

コーネル大学と米国陸軍研究室の研究者チームは、水力学的および磁気的力によって動作するゴム状のポンプを開発し、ソフトロボットに循環システムを提供しました。このシステムは、自然界の生物の生物学を模倣しています。

「磁気流体浮揚による高性能柔軟ポンプ」のタイトルの論文は、米国科学アカデミー紀要に掲載されました。

ライクライクマシン

ロブ・シェパードは、コーネル大学の機械工学および航空宇宙工学の准教授であり、コーネル大学の研究チームをリードしました。リード_AUTHORはヨアブ・マティアです。

「これらの分散型ソフトポンプは、人間の心臓や動脈と同様に動作します。私たちのグループは、ロボットの血液を発表しました。現在、ロボットの心臓もあります。二つの組み合わせにより、よりリアルなマシンを作成できます。」とシェパードは述べました。

シェパードが率いる有機ロボティクス研究所は、伸縮性センサー「スキン」や燃焼駆動ブレイルディスプレイ、運動能力を監視する衣服などの幅広い技術を、ソフトマテリアル複合材を使用して設計してきました。歩行、這行、水中移動、発汗が可能なソフトロボットも開発しました。チームによると、これらの創作は、患者ケアやリハビリテーションの分野で応用できる可能性があります。

循環システムの作成

ソフトロボットは、エネルギーを蓄えるために循環システムが必要であり、四肢や動きを動かすことができます。

新しく開発されたエラストマーポンプは、ソレノイドと呼ばれるワイヤーのコイルが付いたソフトシリコンチューブで構成されています。ソレノイドはポンプの外側に配置されており、コイルの間の隙間によりチューブが曲がったり伸びたりすることができます。チューブ内には、磁気場にさらされると硬化する磁気流体と呼ばれる流体が入っています。これによりコアマグネットが固定され、シールが作成されます。磁気場をさまざまな方法で適用することで、コアマグネットを前後に動かして、水や低粘度オイルなどの流体を連続的に押進させることができます。

シェパードは、米国陸軍研究室のネイサン・ラザラスと共同で研究の共同責任著者を務めました。

「私たちは、他のソフトポンプよりも100倍の圧力と流量で動作しています。ハードポンプと比較すると、まだ10倍低い性能ですが。つまり、非常に粘度の高いオイルを高流量で押進させることはできません。」とシェパードは述べました。

研究者たちは、ポンプシステムが大きな変形下でも連続した性能を維持できることを実証する実験を行いました。さらに、将来のイテレーションをロボットに合わせてカスタマイズできるように、パフォーマンスパラメータを追跡しました。

「ポンプのさまざまなパラメータに対するスケーリング関係を持つことが重要であると思いました。そうすれば、新しいものを設計するときに、異なるチューブの直径や長さを持つものを設計するときに、どのようにポンプを調整する必要があるかを知ることができます。」とシェパードは述べました。