Інженери надають м’яким роботам серце

Колектив дослідників з Корнелльського університету та лабораторії дослідження армії США використали гідродинамічні та магнітні сили для керування гумовим та деформованим насосом, який забезпечує м’яких роботів системою 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 є асоційованим професором механічної та аерокосмічної інженерії в Коледжі інженерії. Він очолював команду дослідників у Корнеллі разом з головним автором Йоавом Матією.

“Ці розподілені м’які насоси працюють значно більше, як людські серця та артерії, від яких кров доставляється,” сказав Шепард. “У нас був роботизований кров, який ми опублікували з нашої групи, і тепер у нас є роботизовані серця. Комбінація цих двох зробить більш подібні до живих машин.”

Лабораторія органічної робототехніки під керівництвом Шепарда раніше використовувала м’які матеріали для розробки широкого спектра технологій, таких як розтяжна сенсорна “шкірка” та дисплеї брайля, що працюють на спаленні, та одяг, який контролює спортивні результати. Вони також розробили м’яких роботів, які можуть ходити, повзати, плавати та потіти. За словами команди, багато з 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. 

Новий розроблений еластомерний насос складається з м’якої силіконової трубки, оснащеної котушками дроту, званих соленоїдами. Ці соленоїди розташовані по зовнішній поверхні еластомерного насоса, а проміжки між котушками дозволяють трубці згинатися та розтягуватися. Всередині трубки знаходиться твердий магнітний ядро, оточене магнітореологічною рідиною, яка загускує при впливі магнітного поля. Це утримує ядро в центрі та створює герметичну печать одночасно. Застосовуючи магнітне поле різними способами, магнітне ядро можна рухати туди й назад, щоб推ити рідини, такі як вода та низьков’язкі масла, з безперервною силою. 

Шепард був співавтором дослідження разом з Натаном Лазарусом з лабораторії дослідження армії США. 

“Ми працюємо при тисках і витратах, які у 100 разів перевищують те, що було зроблено в інших м’яких насосах,” сказав Шепард. “У порівнянні з твердими насосами, ми все ще на 10 разів нижчі за продуктивністю. Це означає, що ми не можемо推ити дуже в’язкі масла при високих витратах.”

Дослідники провели експеримент, щоб продемонструвати, що система насоса може підтримувати безперервну продуктивність під великими деформаціями. Вони також відстежували параметри продуктивності, щоб майбутні ітерації могли бути розроблені залежно від робота. 

“Ми вважали, що важливо мати масштабовані відносини для всіх параметрів насоса, так що коли ми розробляємо щось нове, з різними діаметрами трубок та різними довжинами, ми будемо знали, як налаштувати насос для бажаної продуктивності,” сказав Шепард.