Inżynierowie dają miękkim robotom serce

Współpracujący zespół badaczy z Cornell i Laboratorium Badawczego Armii Stanów Zjednoczonych wykorzystał siły hydrodynamiczne i magnetyczne do napędzania pompowanego i deformowalnego pompowania, które zapewnia miękkim robotom układ krążenia. Ten system naśladuje biologię zwierząt w naturze.

Artykuł zatytułowany „Magnetohydrodynamiczna lewitacja dla wysokowydajnych pomp elastycznych” został opublikowany w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Maszyny Likelike

Rob Shepherd jest associate profesorem inżynierii mechanicznej i lotniczej w College of Engineering. Prowadził zespół badaczy na Cornell wraz z głównym autorem Yoavem Matią.

“Te rozproszone miękkie pompy działają znacznie bardziej jak ludzkie serca i tętnice, z których krew jest dostarczana”, powiedział Shepherd. “Mieliśmy robotyczne krwi, które opublikowaliśmy z naszej grupy, a teraz mamy robotyczne serca. Połączenie obu sprawi, że stworzymy bardziej podobne do życia maszyny.”

Laboratorium Organic Robotics kierowane przez Shepherd wcześniej wykorzystywało kompozyty materiałów miękkich do projektowania szerokiej gamy technologii, takich jak rozciągliwy czujnik „skóry” i napędzane spalaniem wyświetlacze brajla i odzież monitorującą wyniki sportowe. Rozwinęli również miękkie roboty, które mogą chodzić, pełzać, pływać i potować. Zgodnie z zespołem, wiele z tych wynalazków może być stosowanych w dziedzinach opieki nad pacjentami i rehabilitacji.

Tworzenie układu krążenia

Miękkie roboty wymagają układu krążenia do przechowywania energii i zasilania ich przydatków i ruchów, co pozwala im na wykonanie złożonych zadań.

Nowo opracowana pompa elastomeryczna składa się z miękkiej rury silikonowej wyposażonej w cewki drutu zwane solenoidami. Te solenoidy są rozmieszczone na zewnątrz pompy elastomerycznej, a przerwy między cewkami pozwalają rurze na zginanie i rozciąganie. Wewnątrz rury znajduje się stały rdzeń magnetyczny otoczony magnetoreologicznym płynem, który zwiększa sztywność podczas narażenia na pole magnetyczne. To utrzymuje rdzeń magnetyczny w centrum i tworzy uszczelkę w tym samym czasie. Poprzez zastosowanie pola magnetycznego w różny sposób, rdzeń magnetyczny może być poruszany do przodu i do tyłu, aby pchnąć płyny, takie jak woda i oleje o niskiej lepkości, z ciągłą siłą.

Shepherd pełnił funkcję współseniora autora badań z Nathanem Lazarusem z Laboratorium Badawczego Armii Stanów Zjednoczonych.

“Pracujemy pod ciśnieniem i przepływem, które są 100 razy większe niż to, co zostało zrobione w innych miękkich pompach”, powiedział Shepherd. “W porównaniu z twardymi pompami, nadal jesteśmy o 10 razy niższy pod względem wydajności. To oznacza, że nie możemy pchać bardzo lepkich olejów przy bardzo wysokich przepływach.”

Badacze przeprowadzili eksperyment, aby zademonstrować, że system pomp może utrzymać ciągłą wydajność pod dużymi deformacjami. Śledzili również parametry wydajności, aby zapewnić, że przyszłe iteracje mogą być dostosowane do robota.

“Uważaliśmy, że ważne jest posiadanie relacji skali dla wszystkich parametrów pompy, tak abyśmy wiedzieli, jak dostosować pompę do wydajności, której chcemy, gdy projektujemy coś nowego, z różnymi średnicami rur i różnymi długościami”, powiedział Shepherd.