Инженеры дают мягким роботам сердце

Совместная команда исследователей из Корнеллского университета и исследовательской лаборатории армии США использовала гидродинамические и магнитные силы для управления резиновой и деформируемой помпой, которая обеспечивает мягким роботам систему 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 доцентом 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 датчик «кожи» и дисплеи брайля, работающие на сгорании, и одежда, контролирующая спортивные результаты. Они также разработали мягких роботов, которые могут ходить, ползти, плавать и потеть. Согласно команде, многие из этих творений могут быть применены в области ухода за пациентами и реабилитации.

Создание системы кровообращения

Мягким роботам требуется система кровообращения для хранения энергии и питания их 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 поверхности эластомерного насоса, и зазоры между катушками позволяют трубке гнуться и растягиваться. Внутри трубки находится твердое магнитное ядро, окруженное магнитореологической 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, вперед с непрерывной силой.

Шепард был соавтором исследования с Нейтаном Лазарусом из исследовательской лаборатории 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 примерно в 10 раз ниже по производительности. Итак, это означает, что мы не можем толкать очень вязкие масла при очень высоких расходах».

Исследователи провели эксперимент, чтобы продемонстрировать, что система насоса может поддерживать непрерывную производительность при больших деформациях. Они также отслеживали параметры производительности, чтобы обеспечить, что будущие итерации могут быть индивидуально подобраны в зависимости от робота.

«Нам было важно иметь масштабные соотношения 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.