В результате сотрудничества между исследователями из Корнеллского университета и Исследовательской лабораторией армии США разработан эластомерный деформируемый насос, способный снабдить гибких мини-роботов аналогом собственной кровеносной системы. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Подобно животным, так называемым «мягким роботам» требуется подобие «системы кровообращения» – для накопления энергии и питания их придатков, произведения движений при выполнении сложных задач. Но при создании этих устройств есть проблема: насосы, которые могли бы действовать как «сердца», настолько громоздки и жестки, что должны помещаться отдельно от тела мини-робота. Такое разделение приводит к потерям энергии и делает ботов менее эффективными.
Теперь группа исследователей из Корнеллского университета смогла создать деформируемый насос, способный снабдить гибких мини-роботов аналогом собственной кровеносной системы.
Руководитель научной группы Роб Шеферд, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Корнелла, пояснил: «У нас был ранее создан аналог «крови» робота – питающий раствор, а теперь у нас появился аналог «сердца» для ботов – распределенные мягкие насосы. Комбинация этих двух материалов сделает гибкие роботизированные устройства более действенными».
Лаборатория органической робототехники Шеферда ранее разрабатывала композиты из мягких материалов для различных применений, от растягиваемой сенсорной «кожи» до одежды, которая отслеживает параметры спортивных нагрузок, а также создания целого «зоопарка» из мягких роботов, которые могут ходить, ползать, плавать и даже потеть. Многие разработки лаборатории рассчитаны на потенциальное практическое применение в области ухода за пациентами и реабилитации.
Новая эластомерная помпа для гибких мини-роботов состоит из мягкой силиконовой трубки с проволочными витками, известными как соленоиды, которые расположены вокруг ее внешней поверхности. Зазоры между витками позволяют трубке изгибаться и растягиваться. Внутри трубки находится магнит с твердым сердечником, окруженный магнитореологической жидкостью, имеющей свойство затвердевать под воздействием магнитного поля, которое удерживает сердечник в центре и создает необходимое уплотнение.
В зависимости от того, как приложено магнитное поле, магнит с сердечником можно перемещать вперед и назад, подобно плавающему поршню, чтобы проталкивать питающие жидкости, такие как водные растворы и масла с низкой вязкостью, вперед с постоянным усилием и без заклинивания.
«Разработанное нами устройство функционирует при давлении и расходе, которые в 100 раз выше, чем в других эластичных насосах. По сравнению с традиционными жесткими насосами его производительность, конечно, примерно в 10 раз ниже. Это означает, что мы не можем перекачивать, например, вязкие нефтепродукты или добиваться очень высокой скорости потока», – отметил Шеферд, который был соавтором разработки вместе с Натаном Лазарусом из Исследовательской лаборатории армии США.
Исследователи провели эксперимент, чтобы продемонстрировать, что их насосная система может поддерживать постоянную производительность при больших деформациях, и они отслеживали различные параметры ее характеристик, чтобы будущие итерации можно было адаптировать для различных типов роботов.
«Мы считаем, что важно иметь масштабные отношения для всех различных параметров насоса, чтобы, когда станем проектировать что-то новое, с трубками различных диаметров и разной длины, мы знали, как нам следует настроить насос для достижения желаемой производительности», – отметил Лазарус.