부드러운 로봇에 심장을 주는 변형 가능한 펌프

부드러운 로봇에 심장을 주는 변형 가능한 펌프
날짜:
2022년 7월 15일
원천:
코넬대학교
요약:
연구원들은 유체 역학 및 자기력을 활용하여 사실상 동물의 생물학을 모방하는 순환 시스템을 부드러운 로봇에 제공할 수 있는 고무 모양의 변형 가능한 펌프를 구동합니다.

양철 남자는 없었습니다. Grinch's는 세 가지 크기가 너무 작았습니다. 그리고 소프트 로봇의 경우 "심장" 역할을 하는 전자식 펌프는 너무 크고 단단하기 때문에 로봇의 몸에서 분리되어야 합니다. 분리는 에너지를 누출하고 봇의 효율성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

이제 코넬 연구원과 미 육군 연구소 간의 협력은 유체 역학 및 자기력을 활용하여 부드러운 로봇에 순환 시스템을 제공할 수 있는 고무 모양의 변형 가능한 펌프를 구동하여 사실상 동물의 생물학을 모방합니다.

코넬팀을 이끈 공과대학 기계항공우주공학 부교수 롭 셰퍼드(Rob Shepherd)는 "분산된 소프트 펌프는 인간의 심장과 혈액이 전달되는 동맥과 훨씬 더 유사하게 작동한다"고 말했다. "우리 그룹에서 출판한 로봇 혈액이 있었고 이제 로봇 심장이 있습니다. 이 둘의 조합은 보다 실물 같은 기계를 만들 것입니다."

이 그룹의 논문 "고성능 플렉시블 펌프를 위한 자기유체역학적 부상" 은 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 7월 11일자에 게재되었습니다 . 이 논문의 주 저자는 박사후 연구원인 Yoav Matia였습니다.

Shepherd's Organic Robotics Lab은 이전에 연질 재료 합성물을 사용하여 신축성 있는 센서 "피부"부터 연소 구동 점자 디스플레이 및 운동 능력을 모니터링하는 의류에 이르기까지 모든 것을 설계했으며, 걷고 기어 다니고 수영하고 땀을 흘릴 수 있는 소프트 로봇 동물원에 이르기까지 모든 것을 설계했습니다. 연구실의 많은 창조물은 환자 치료 및 재활 분야에서 실용적인 응용 프로그램을 가질 수 있습니다.

동물과 마찬가지로 소프트 로봇은 복잡한 작업을 완료하기 위해 에너지를 저장하고 부속기관과 움직임에 동력을 공급하기 위한 순환 시스템이 필요합니다.

새로운 탄성 중합체 펌프는 외부 주위에 이격되어 있는 솔레노이드로 알려진 와이어 코일이 장착된 부드러운 실리콘 튜브로 구성됩니다. 코일 사이의 틈으로 인해 튜브가 구부러지고 늘어납니다. 튜브 내부에는 자기유변 유체로 둘러싸인 단단한 코어 자석이 있습니다. 자기장에 노출되면 유체가 굳어 코어를 중앙에 유지하고 중요한 밀봉을 생성합니다. 자기장이 적용되는 방식에 따라 코어 자석은 부동 피스톤처럼 앞뒤로 움직여서 물과 저점도 오일과 같은 유체를 계속해서 방해 없이 앞으로 밀어낼 수 있습니다.

"우리는 다른 소프트 펌프에서 수행된 것보다 100배 더 높은 압력과 유량에서 작동하고 있습니다."라고 미 육군 연구소의 Nathan Lazarus와 함께 논문의 공동 선임 저자로 근무한 Shepherd가 말했습니다. "하드 펌프에 비해 성능은 여전히 ​​약 10배 낮습니다. 따라서 매우 높은 유속에서는 점성이 높은 오일을 밀어낼 수 없습니다."

연구원들은 펌프 시스템이 큰 변형에서도 지속적인 성능을 유지할 수 있음을 입증하기 위한 실험을 수행했으며 성능 매개변수를 추적하여 향후 반복이 다양한 유형의 로봇에 맞춤화될 수 있도록 했습니다.

"우리는 펌프의 모든 다른 매개변수에 대해 크기 조정 관계를 갖는 것이 중요하다고 생각했습니다. 따라서 튜브 직경과 길이가 다른 새로운 것을 설계할 때 원하는 성능에 맞게 펌프를 조정하는 방법을 알 수 있습니다. " 셰퍼드가 말했다.

안현석 박사후 연구원이 논문에 기고했습니다.