Инженеры дают мягким роботам сердце

Совместная команда исследователей из Корнелла и лаборатории исследований армии США использовала гидродинамические и магнитные силы для управления резиновой и деформируемой помпой, которая обеспечивает мягкие роботы системой кровообращения. Эта система имитирует биологию животных в природе.

Статья под названием «Магнитогидродинамическая левитация для высокопроизводительных гибких насосов» была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Машины, похожие на живые

Роб Шепард является ассоциированным профессором механической и аэрокосмической инженерии в Колледже инженерии. Он возглавлял команду исследователей в Корнелле вместе с ведущим автором Йоавом Матия.

«Эти распределенные мягкие насосы работают гораздо больше как человеческое сердце и артерии, от которых кровь доставляется», – сказал Шепард. «У нас была роботизированная кровь, которую мы опубликовали из нашей группы, и теперь у нас есть роботизированные сердца. Комбинация этих двух сделает более похожие на живые машины».

Лаборатория органической робототехники под руководством Шепарда ранее использовала композиты из мягких материалов для разработки широкого спектра технологий, таких как растяжимый сенсорный «кожа» и дисплеи брайля, работающие на сгорании, и одежда, контролирующая спортивные результаты. Они также разработали мягкие роботы, которые могут ходить, ползать, плавать и потеть. Согласно команде, многие из этих творений можно применить в области ухода за пациентами и реабилитации.

Создание системы кровообращения

Мягкие роботы требуют системы кровообращения для хранения энергии и питания своих придатков и движений, что позволяет им выполнять сложные задачи.

Недавно разработанный эластомерный насос состоит из мягкой силиконовой трубки, оснащенной катушками провода, называемыми соленоидами. Эти соленоиды расположены вокруг внешней части эластомерного насоса, и зазоры между катушками позволяют трубке изгибаться и растягиваться. Внутри трубки находится твердое магнитное ядро, окруженное магниторелогической жидкостью, которая затвердевает при воздействии магнитного поля. Это держит ядро в центре и создает уплотнение одновременно. Применяя магнитное поле разными способами, магнитное ядро можно перемещать туда и обратно, чтобы толкать жидкости, такие как вода и масла с низкой вязкостью, с непрерывной силой.

Шепард выступал в качестве соавтора исследования вместе с Нейтаном Лазарусом из лаборатории исследований армии США.

«Мы работаем при давлениях и расходах, которые в 100 раз превышают то, что было сделано в других мягких насосах», – сказал Шепард. «По сравнению с жесткими насосами, мы все еще на 10 раз ниже по производительности. Итак, это означает, что мы не можем толкать очень вязкие масла при высоких расходах».

Исследователи провели эксперимент, чтобы продемонстрировать, что система насоса может поддерживать непрерывную производительность при больших деформациях. Они также отслеживали параметры производительности, чтобы обеспечить возможность настройки будущих итераций в зависимости от робота.

«Мы подумали, что важно иметь соотношения масштабирования для всех параметров насоса, чтобы, когда мы проектируем что-то новое, с разными диаметрами труб и разными длинами, мы знали, как мы должны настроить насос для желаемой производительности», – сказал Шепард.