Các Kỹ Sư Cho Phép Người Máy Mềm Có Trái Tim

Một nhóm nghiên cứu hợp tác từ Cornell và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ đã sử dụng lực thủy động và từ tính để điều khiển một máy bơm mềm và có thể biến dạng, cung cấp cho người máy mềm một hệ thống tuần hoàn. Hệ thống này mô phỏng sinh học của động vật trong tự nhiên.

Bài báo có tiêu đề “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” được xuất bản trên Proceedings of the National Academy of Sciences.

Máy Mềm Tương Đương

Rob Shepherd là giáo sư phụ tá về kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Trường Kỹ thuật. Ông đã dẫn đầu nhóm nghiên cứu tại Cornell cùng với tác giả chính Yoav Matia.

“Những máy bơm mềm phân bố này hoạt động nhiều hơn như trái tim con người và động mạch mà máu được phân phối,” Shepherd nói. “Chúng tôi đã có máu robot mà chúng tôi đã xuất bản từ nhóm của mình, và bây giờ chúng tôi có trái tim robot. Sự kết hợp của cả hai sẽ tạo ra những máy móc giống như thật hơn.”

Phòng thí nghiệm Robot Hữu Cơ do Shepherd dẫn đầu trước đây đã sử dụng vật liệu composite mềm để thiết kế một loạt các công nghệ, chẳng hạn như cảm biến “da” có thể kéo dài và màn hình braille được điều khiển bằng sự cháy và quần áo theo dõi hiệu suất thể thao. Họ cũng đã phát triển robot mềm có thể đi, bò, bơi và toát mồ hôi. Theo nhóm, nhiều sáng tạo này có thể được áp dụng trong lĩnh vực chăm sóc bệnh nhân và phục hồi.

Tạo Hệ Thống Tuần Hoàn

Người máy mềm cần một hệ thống tuần hoàn để lưu trữ năng lượng và cung cấp năng lượng cho các phụ kiện và chuyển động, cho phép chúng hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp.

Máy bơm elastomeric mới được phát triển bao gồm một ống silicone mềm được trang bị cuộn dây gọi là solenoids. Những solenoids này được đặt cách đều nhau xung quanh bề mặt ngoài của máy bơm elastomeric, và khoảng trống giữa các cuộn dây cho phép ống có thể uốn cong và kéo dài. Trong ống là một lõi từ tính rắn được bao quanh bởi chất lỏng từ tính, chất này cứng lại khi tiếp xúc với từ trường. Điều này giữ cho lõi từ tính được đặt chính xác và tạo ra một con dấu cùng một lúc. Bằng cách áp dụng từ trường theo các cách khác nhau, lõi từ tính có thể được di chuyển đến lui để đẩy chất lỏng như nước và dầu có độ nhớt thấp với lực liên tục.

Shepherd đã phục vụ với tư cách là đồng tác giả cao cấp của nghiên cứu cùng với Nathan Lazarus của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ.

“Chúng tôi đang hoạt động ở áp suất và lưu lượng mà là 100 lần so với những gì đã được thực hiện trong các máy bơm mềm khác,” Shepherd nói. “So với máy bơm cứng, chúng tôi vẫn còn khoảng 10 lần thấp hơn về hiệu suất. Vì vậy, điều đó có nghĩa là chúng tôi không thể đẩy dầu có độ nhớt cao ở lưu lượng cao.”

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện một thí nghiệm để chứng minh rằng hệ thống máy bơm có thể duy trì hiệu suất liên tục dưới sự biến dạng lớn. Họ cũng theo dõi các thông số hiệu suất để đảm bảo rằng các phiên bản tương lai có thể được tùy chỉnh tùy thuộc vào robot.

“Chúng tôi nghĩ rằng điều quan trọng là phải có mối quan hệ tỷ lệ cho tất cả các thông số của máy bơm, để khi chúng tôi thiết kế điều gì đó mới, với các đường kính ống và chiều dài khác nhau, chúng tôi sẽ biết làm thế nào để điều chỉnh máy bơm cho hiệu suất mà chúng tôi muốn,” Shepherd nói.