Mjuka robotar blir bättre med flexibla pumpar

Forskare från Ecole Polytechnique Fedérale de Lausanne har utvecklat en miniatyrpump som kommer att förbättra effektiviteten hos autonoma mjuka robotar, lätta exoskelett och smarta kläder. 

De flesta av våra nuvarande mjuka robotar är tillverkade av silikon, gummi och stretchbara polymerer. Till skillnad från de hårdare eller mer traditionella robotarna kan mjuka robotar röra sig mer effektivt i komplexa miljöer, hantera ömtåliga föremål och användas i många robot-mänskliga kopplingar. Några av de områden där de används inkluderar rehabiliteringsexoskelett och robotkläder. Mjuka bio-liknande robotar kunde till och med utforska avlägsna och farliga miljöer mycket säkrare än människor. 

De mjuka robotar vi har nu innehåller styva och bullriga pumpar som används för att trycka vätska in i viktiga områden. Detta skadar möjligheterna för vad mjuka robotar kan vara, eftersom deras rörlighet och autonomi är begränsade av pumparna och rören. 

Forskare från EPFL:s Soft Transducers Laboratory (LMTS) och Laboratory of Intelligent Systems (LIS), tillsammans med forskare från Shibaura Institute of Technology i Tokyo, Japan, är ansvariga för dessa nya utvecklingar. De två grupperna är de första som har utvecklat en helt mjuk pump, ända ner till elektroderna. Den nya pumpen väger cirka ett gram och är helt tyst medan den använder en mycket liten mängd energi. Kraften kommer från ett 2 cm x 2 cm kretskort och en uppladdningsbar batteri. Denna nya pump kan också göra det möjligt att bli av med behovet av att använda kablar. 

Herbert Shea, chef för LMTS, talade om den nya tekniken. 

“Om vi vill aktivera större robotar, ansluter vi flera pumpar tillsammans”, sa Shea. “Vi betraktar detta som en paradigmförändring inom området mjuka robotar.” 

Forskarna publicerade sitt arbete i en artikel i Nature. 

Ett annat sätt som de mjuka pumparna kan användas är för att cirkulera vätskor genom smarta kläder. De skulle göra detta genom att flytta vätskorna runt i tunna, flexibla rör som är inbäddade i kläderna. Det finns många möjligheter för detta, inklusive kylning och uppvärmning av olika delar av kroppen genom att flytta vätskorna dit. Många yrken skulle dra nytta av denna teknik, inklusive kirurger, idrottare och piloter. 

De nya mjuka pumparna är “baserade på den fysiska mekanismen som används idag för att cirkulera kylvätskan i system som superdatorer.” Pumpens layout inkluderar en rörformad kanal som är 1 mm i diameter, och inuti finns rader av tryckta elektroder. Inuti pumpen finns en dielektrisk vätska. Spänningar appliceras, och elektroner går från elektroderna till vätskan. Detta orsakar att några av molekylerna blir elektriskt laddade. Dessa molekyler blir sedan attraherade av andra elektroder, och de drar vätskan genom röret med sig. Enligt Vito Cacucciolo, en postdoktor vid LMTS och huvudförfattare till studien, “kan vi öka flödet genom att justera det elektriska fältet, men det förblir helt tyst.” 

Denna teknik testas redan i vissa områden. Forskarna kunde lyckas implantera pumpen i en robotfinger som vanligtvis används i robotlaboratorier. Forskarna arbetar också med Koichi Suzumoris laboratorium i Japan. Där arbetar de med vätskedrivna artificiella muskler samt flexibla exoskelett. 

Forskarlaget har också använt den nya tekniken i en tyg handske. Handsken har rör genom hela som kan transportera vätska för att värma och kyla olika delar av handsken. “Det fungerar lite som ditt hemmas värme- och kylsystem”, sa Cacucciolo. 

Denna nya teknik kommer att fortsätta utvecklas och det är troligt att den kommer att locka företag från en mängd olika områden. Några har redan visat intresse tidigt. Det finns många möjligheter med de nya mjuka robotarna och stretchbara pumparna som kan hjälpa till att utveckla många robot-mänskliga gränssnittsprodukter