Engenheiros Dão a Robôs Macios um Coração

Uma equipe colaborativa de pesquisadores da Cornell e do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA usou forças hidrodinâmicas e magnéticas para impulsionar uma bomba deformável e de borracha que fornece aos robôs macios um sistema circulatório. Esse sistema imita a biologia dos animais na natureza. 

O artigo intitulado “Levitação Magnetohidrodinâmica para Bombas Flexíveis de Alto Desempenho” foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Máquinas Semelhantes à Vida

Rob Shepherd é professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Faculdade de Engenharia. Ele liderou a equipe de pesquisadores da Cornell ao lado do autor principal Yoav Matia.

“Essas bombas macias distribuídas operam muito mais como corações humanos e as artérias pelas quais o sangue é entregue”, disse Shepherd. “Nós tínhamos sangue de robô que publicamos de nosso grupo, e agora temos corações de robô. A combinação dos dois fará máquinas mais semelhantes à vida.”

O Laboratório de Robótica Orgânica liderado por Shepherd usou anteriormente compostos de materiais macios para projetar uma ampla gama de tecnologias, como uma pele sensorial esticável e displays em braille impulsionados por combustão e roupas que monitoram o desempenho atlético. Eles também desenvolveram robôs macios que podem caminhar, rastejar, nadar e suar. De acordo com a equipe, muitas dessas criações poderiam ser aplicadas nos campos de cuidados ao paciente e reabilitação. 

Criando o Sistema Circulatório

Os robôs macios precisam de um sistema circulatório para armazenar energia e alimentar seus apêndices e movimentos, o que permite que eles completem tarefas complexas. 

A bomba elastomérica recém-desenvolvida consiste em um tubo de silicone macio equipado com bobinas de fio chamadas de solenoides. Esses solenoides estão espaçados ao redor do exterior da bomba elastomérica, e lacunas entre as bobinas permitem que o tubo se dobre e estique. Dentro do tubo, há um núcleo magnético sólido cercado por um fluido magnetorheológico, que endurece quando exposto a um campo magnético. Isso mantém o núcleo centralizado e cria um selo ao mesmo tempo. Ao aplicar o campo magnético de diferentes maneiras, o núcleo magnético pode ser movido para frente e para trás para empurrar fluidos como água e óleos de baixa viscosidade com força contínua. 

Shepherd atuou como coautor sênior da pesquisa com Nathan Lazarus, do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA. 

“Estamos operando em pressões e taxas de fluxo que são 100 vezes o que foi feito em outras bombas macias”, disse Shepherd. “Em comparação com bombas rígidas, ainda estamos cerca de 10 vezes mais baixos em desempenho. Então, isso significa que não podemos empurrar óleos muito viscosos a taxas de fluxo muito altas.”

Os pesquisadores realizaram um experimento para demonstrar que o sistema de bomba pode manter um desempenho contínuo sob grandes deformações. Eles também acompanharam os parâmetros de desempenho para garantir que as iterações futuras possam ser personalizadas de acordo com o robô. 

“Pensamos que era importante ter relações de escala para todos os parâmetros da bomba, para que, quando projetamos algo novo, com diâmetros de tubo e comprimentos diferentes, saibamos como ajustar a bomba para o desempenho que desejamos”, disse Shepherd.