26/07/2022
Door Ad Spijkers
Amerikaanse onderzoekers ontwikkelden een pomp voor zachte robots, waardoor meer levensechte machines kunnen ontstaan.
Net als mensen en dieren hebben zachte robots een bloedsomloop nodig om energie op te slaan en hun actuatoren en bewegingen aan te drijven om complexe taken uit te voeren. Elektronisch aangedreven pompen die functioneren als het 'hart' van zachte robots zijn zo groot en stijf dat ze moeten worden losgekoppeld van het lichaam van de robot. Door deze scheiding kan energie lekken en kunnen de robots minder efficiënt maken.
Vervormbare pomp
Een samenwerking tussen onderzoekers van Cornell University in Ithaca (350 km noordwest van New York) en het Amerikaanse US Army Research Laboratory gebruikt hydrodynamische en magnetische krachten om een rubberachtige, vervormbare pomp aan te drijven. Deze kan zachte robots voorzien van een bloedsomloop, die in feite de biologie van dieren nabootst.
De vervormbare pomp bestaat uit een siliconen buis met elektromagneten rond de buitenkant. In de buis bevindt zich een magneet met een vaste kern die heen en weer beweegt. De zachte pompen werkt veel meer als een menselijk hart en de slagaders waardoor het bloed wordt geleverd. 'Robotbloed' bestaat al langer, en de combinatie met het robothart zal meer levensechte machines opleveren.
De onderzoekers hebben eerder zachte materiaalcomposieten gebruikt om allerlei producten te ontwerpen, van rekbare sensorhuid tot displays voor braille en kleding die atletische prestaties monitort. Ook maakten ze zachte robots die kunnen lopen, kruipen, zwemmen en zweten. Veel van deze creaties kunnen praktische toepassingen hebben op het gebied van patiëntenzorg en revalidatie.
Magneto-rheologische vloeistof
De nieuwe pomp bestaat uit een zachte siliconenslang die is voorzien van elektromagneten die op afstand van elkaar rond de buitenkant zijn geplaatst. Openingen tussen de spoelen zorgen ervoor dat de buis kan buigen en strekken. In de buis bevindt zich een vaste magneetkern, omgeven door een magneto-rheologische vloeistof. Dit is een vloeistof die verstijft bij blootstelling aan een magnetisch veld, dat de kern gecentreerd houdt en een afdichting creëert.
Afhankelijk van hoe het magnetische veld wordt aangelegd, kan de kernmagneet heen en weer als een zwevende zuiger worden bewogen. Hierdoor kan de magneet vloeistoffen – zoals water en oliën met een lage viscositeit – met continue kracht en zonder vastlopen naar voren duwen.
Deze pomp werkt met drukken en debieten die tot honderd keer hoger zijn dan bij andere zachte pompen. Vergeleken met harde pompen presteren ze ongeveer tien keer lager. Dat betekent dat de pomp geen echt viskeuze oliën met hoge stroomsnelheden kan verplaatsen.
De onderzoekers voerden een experiment uit om aan te tonen dat het pompsysteem een continue prestatie kan leveren onder grote vervormingen. Ze volgden de prestatieparameters zodat toekomstige iteraties op maat kunnen worden gemaakt voor verschillende soorten robots.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Cornell University