Інженери створили для м’яких роботів серце

Спільний колектив дослідників з Корнелльського університету та Дослідницької лабораторії армії США використав гідродинамічні та магнітні сили для приведення в дію гумоподібного насоса, здатного деформуватися, який забезпечує м’яким роботам систему кровообігу. Ця система імітує біологію тварин у природі.

Стаття під назвою “Магнітогідродинамічна левітація для високопродуктивних гнучких насосів” була опублікована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Машини, подібні до живих істот

Роб Шепард – асоційований професор механічної та аерокосмічної інженерії в Коледжі інженерії. Він очолював команду дослідників у Корнелльському університеті разом з головним автором Йоавом Матією.

“Ці розподілені м’які насоси працюють значно більше подібно до людських сердець та артерій, якими подається кров”, – сказав Шепард. “У нас вже була робота про роботизовану кров, яку ми опублікували раніше, і тепер у нас є роботизовані серця. Комбінація цих двох зробить машини, більше схожі на живі організми.”

Лабораторія органічної робототехніки під керівництвом Шепарда раніше використовувала композити м’яких матеріалів для розробки широкого спектра технологій, таких як розтяжна сенсорна ”шкіра” та дисплеї Брайля, що працюють завдяки горінню та одяг, який контролює спортивні показники. Вони також створили м’яких роботів, які можуть ходити, повзати, плавати та потіти. За словами команди, багато цих творінь можуть бути застосовані в галузі догляду за пацієнтами та реабілітації.

Створення системи кровообігу

М’яким роботам потрібна система кровообігу для зберігання енергії та живлення їхніх кінцівок та рухів, які дозволяють їм виконувати складні завдання.

Нещодавно розроблений еластомерний насос складається з м’якої силіконової трубки, оснащеної котушками дроту, які називаються соленоїдами. Ці соленоїди розташовані навколо зовнішньої поверхні еластомерного насоса, а проміжки між котушками дозволяють трубці згинатися та розтягуватися. Всередині трубки знаходиться твердий осердний магніт, оточене магнітореологічною рідиною, яка твердне при впливі магнітного поля. Це утримує ядро в центрі та створює герметичність одночасно. Застосовуючи магнітне поле різними способами, магнітне ядро можна рухати туди й назад, щоб проштовхувати рідини, такі як вода та низьков’язкі оливи, вперед з безперервною силою.

Шепард був одним зі старших співавторів дослідження разом з Нейтаном Лазарусом з лабораторії досліджень армії США.

“Ми працюємо при тисках і швидкостях потоку, які в 100 разів перевищують те, що було зроблено в інших м’яких насосах”, – сказав Шепард. “У порівнянні з жорсткими насосами, наша продуктивність усе ще приблизно вдесятеро нижча. Тому ми не можемо проштовхувати дуже в’язкі оливи при високих швидкостях потоку.”

Дослідники провели експеримент, щоб продемонструвати, що система насоса може підтримувати безперервну продуктивність під великими деформаціями. Вони також відстежували параметри продуктивності, щоб забезпечити можливість майбутніх ітерацій бути індивідуально підлаштованими залежно від робота.

“Нам було важливо мати залежності масштабування для всіх параметрів насоса, щоб, коли ми проектуємо щось нове з різними діаметрами трубок та різними довжинами, ми знали, як налаштувати насос для бажаної продуктивності”, – сказав Шепард.