วิศวกรให้หัวใจแก่หุ่นยนต์แบบอ่อน

ทีมนักวิจัยจาก Cornell และ U.S. Army Research Laboratory ได้ร่วมมือกันใช้แรงไฮโดรไดนามิกและแม่เหล็กเพื่อขับเคลื่อนปั๊มที่ทำจากยางและสามารถเปลี่ยนรูปได้ ซึ่งให้หุ่นยนต์แบบอ่อนมีระบบไหลเวียน

บทความที่มีชื่อว่า “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” ได้รับการตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Sciences.

หุ่นยนต์แบบอ่อน

Rob Shepherd เป็นรองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลและอวกาศใน College of Engineering เขาเป็นผู้นำทีมนักวิจัยที่ Cornell ร่วมกับ Yoav Matia ผู้เขียนบทความหลัก

“ปั๊มแบบอ่อนเหล่านี้ทำงานคล้ายกับหัวใจและหลอดเลือดของมนุษย์” Shepherd กล่าว “เรามี ‘เลือดหุ่นยนต์’ ที่เราได้ตีพิมพ์จากกลุ่มของเรา และตอนนี้เรามี ‘หัวใจหุ่นยนต์’ การรวมกันของทั้งสองสิ่งนี้จะทำให้หุ่นยนต์มีชีวิตชีวา hơn”

ห้องปฏิบัติการ Organic Robotics ที่ Shepherd เป็นผู้นำได้ใช้วัสดุแบบอ่อนในการออกแบบเทคโนโลยีต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ “ผิว” ที่สามารถยืดได้ และจอแสดงผล braille ที่ขับเคลื่อนด้วยการเผาไหม้ และเสื้อผ้าที่สามารถติดตามประสิทธิภาพการออกกำลังกายได้ พวกเขายังพัฒนาหุ่นยนต์แบบอ่อนที่สามารถเดิน คว้า น้ำ และเหงื่อได้ ตามทีมนักวิจัย สิ่งเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในด้านการดูแลผู้ป่วยและการฟื้นฟูได้

การสร้างระบบไหลเวียน

หุ่นยนต์แบบอ่อนต้องการระบบไหลเวียนเพื่อเก็บพลังงานและขับเคลื่อนส่วนต่างๆ ของมัน ซึ่งช่วยให้สามารถทำงานที่ซับซ้อนได้

ปั๊มแบบอ่อนที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ประกอบด้วยท่อซิลิโคนอ่อนที่มี solenoids ล้อมรอบด้านนอก ช่องว่างระหว่าง solenoids ทำให้ท่อสามารถงอและยืดได้ ภายในท่อมีแม่เหล็กแข็งล้อมรอบด้วยของเหลว magnetorheological ซึ่งจะแข็งตัวเมื่อถูกมagnetic field นี้ช่วยให้แม่เหล็กแข็งอยู่ตรงกลางและสร้างการปิดผนึกในเวลาเดียวกัน โดยการประยุกต์ใช้สนามแม่เหล็กในหลายรูปแบบ สามารถขยับแม่เหล็กแข็งไปมาเพื่อผลักดันของเหลว เช่น น้ำและน้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนาแน่นต่ำด้วยแรงต่อเนื่อง

Shepherd เป็นผู้ร่วมเขียนบทความวิจัยร่วมกับ Nathan Lazarus จาก U.S. Army Research Laboratory

“เรากำลังทำงานที่ความดันและอัตราการไหลที่สูงกว่าที่ทำได้ในปั๊มแบบอ่อนอื่นๆ ถึง 100 เท่า” Shepherd กล่าว “เมื่อเทียบกับปั๊มแบบแข็ง เรายังคงทำงานได้ต่ำกว่า 10 เท่า ดังนั้นเราจึงไม่สามารถผลักดันของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงได้”

นักวิจัยได้ทำการทดลองเพื่อแสดงให้เห็นว่าระบบปั๊มสามารถทำงานต่อเนื่องได้ภายใต้การเปลี่ยนแปลงรูปทรงที่ใหญ่ พวกเขายังติดตามพารามิเตอร์การทำงานเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถปรับแต่งให้เหมาะสมกับหุ่นยนต์ได้ในอนาคต

“เราคิดว่ามันสำคัญที่จะมีความสัมพันธ์ในการปรับขนาดสำหรับพารามิเตอร์ต่างๆ ของปั๊ม เพื่อที่เมื่อเราออกแบบสิ่งใหม่ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและความยาวที่แตกต่างกัน เราจะรู้ว่าเราควรปรับปั๊มให้เหมาะสมกับการทำงานที่เราต้องการ” Shepherd กล่าว