Исследователям Университета Cornell и Исследовательской лабораторией армии США удалось использовать гидродинамические и магнитные силы для приведения в действие эластичного деформируемого насоса, который может обеспечить мягких роботов системой кровообращения, фактически имитируя биологию животных.
“Эти распределенные мягкие насосы работают гораздо больше как человеческие сердца и артерии, из которых поступает кровь”, – сказал Роб Шепард, профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в Инженерном колледже, который возглавлял команду Корнелла.
Статья “Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps” опубликована 11 июля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Автором статьи – аспирант Йоав Матиа.
Лаборатория органической робототехники Shepherd(а) ранее использовала композитные материалы для создания всего: от растягивающейся сенсорной “кожи” до дисплеев Брайля и одежды, отслеживающей спортивные результаты, а также зверинца мягких роботов, которые могут ходить, ползать, плавать и потеть. Многие из разработок лаборатории могли бы найти практическое применение в области ухода за пациентами и реабилитации.
Как и животные, мягкие роботы нуждаются в системе кровообращения для накопления энергии и приведения в действие своих конечностей и движений для выполнения сложных задач.
Новый эластомерный насос состоит из мягкой силиконовой трубки, снабженной витками проволоки, известными как соленоиды, которые расположены на расстоянии друг от друга вокруг его внешней поверхности. Зазоры между витками позволяют трубе изгибаться и растягиваться. Внутри трубки находится твердый сердечник магнита, окруженный магнитореологической жидкостью — жидкостью, которая застывает под воздействием магнитного поля, что удерживает сердечник в центре и создает решающее уплотнение. В зависимости от того, как приложено магнитное поле, сердечник магнита может перемещаться вперед и назад, подобно плавающему поршню, для выталкивания жидкостей, таких как вода и масла с низкой вязкостью, вперед с постоянной силой и без заклинивания.
“По сравнению с жесткими насосами производительность у нас все еще примерно в 10 раз ниже. Это означает, что мы не можем выталкивать действительно вязкие масла при очень высоких скоростях потока”.
Исследователи провели эксперимент, чтобы продемонстрировать, что насосная система может поддерживать непрерывную производительность при больших деформациях, и они отслеживали параметры производительности, чтобы будущие итерации можно было адаптировать под различные типы роботов.
Статья: Yoav Matia et al, Magnetohydrodynamic levitation for high-performance flexible pumps, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2203116119
