Inżynierowie dają miękkim robotom serce

Współpracujący zespół badaczy z Cornell i Laboratorium Badawczego Armii Stanów Zjednoczonych wykorzystał siły hydrodynamiczne i magnetyczne do napędzania gumopodobnej, odkształcalnej pompy, która 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 przypominające żywe organizmy

Rob Shepherd jest profesorem nadzwyczajnym inżynierii mechanicznej oraz lotniczej i kosmicznej 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, przez które dostarczana jest krew”, powiedział Shepherd. “Nasz zespół opublikował wcześniej badania nad krwią robotów, a teraz mamy również ich serca. Połączenie obu sprawi, że stworzymy maszyny bardziej przypominające żywe organizmy.”

Laboratorium Organic Robotics kierowane przez Shepherda wcześniej wykorzystywało kompozyty materiałów miękkich do projektowania szerokiej gamy technologii, takich jak rozciągliwa „skóra” czujnikowa i napędzane spalaniem wyświetlacze brajla oraz odzież monitorująca wyniki sportowe. Rozwinęli również miękkie roboty, które mogą chodzić, pełzać, pływać i pocić się. Zdaniem zespołu, 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 był jednym z głównych autorów badań wraz 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 sztywnymi pompami, nasza wydajność jest nadal około dziesięciokrotnie niższa. 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.