Une pompe déformable donne un cœur aux robots mous


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  • Le Tin Man n’en avait pas. Le Grinch’s était trop petit de trois tailles. Et pour les robots mous, les pompes alimentées électroniquement qui fonctionnent comme leur « cœur » sont si volumineuses et rigides qu’elles doivent être découplées du corps du robot – une séparation qui peut perdre de l’énergie et rendre les robots moins efficaces.

    Maintenant, une collaboration entre des chercheurs de Cornell et le laboratoire de recherche de l’armée américaine a mis à profit les forces hydrodynamiques et magnétiques pour entraîner une pompe caoutchouteuse et déformable qui peut fournir aux robots mous un système circulatoire, imitant en fait la biologie des animaux.

    « Ces pompes douces distribuées fonctionnent beaucoup plus comme les cœurs humains et les artères à partir desquelles le sang est délivré », a déclaré Rob Shepherd, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial au College of Engineering, qui dirigeait l’équipe Cornell. « Nous avons publié du sang de robot de notre groupe, et maintenant nous avons des cœurs de robot. La combinaison des deux créera des machines plus réalistes. »

    L’article du groupe, « Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps », publié le 11 juillet dans Actes de l’Académie nationale des sciences. L’auteur principal de l’article était le chercheur postdoctoral Yoav Matia.

    Le laboratoire de robotique organique de Shepherd a déjà utilisé des composites de matériaux souples pour tout concevoir, de la « peau » de capteur extensible aux écrans braille à combustion et aux vêtements qui surveillent les performances sportives – ainsi qu’une ménagerie de robots souples qui peuvent marcher et ramper et nager et transpirer. De nombreuses créations du laboratoire pourraient avoir des applications pratiques dans les domaines des soins aux patients et de la réadaptation.

    Comme les animaux, les robots mous ont besoin d’un système circulatoire pour stocker l’énergie et alimenter leurs appendices et leurs mouvements pour accomplir des tâches complexes.

    La nouvelle pompe élastomère se compose d’un tube en silicone souple équipé de bobines de fil – appelées solénoïdes – qui sont espacées autour de son extérieur. Les espaces entre les bobines permettent au tube de se plier et de s’étirer. À l’intérieur du tube se trouve un aimant à noyau solide entouré d’un fluide magnétorhéologique – un fluide qui se raidit lorsqu’il est exposé à un champ magnétique, ce qui maintient le noyau centré et crée un joint crucial. Selon la façon dont le champ magnétique est appliqué, l’aimant central peut être déplacé d’avant en arrière, un peu comme un piston flottant, pour pousser les fluides – tels que l’eau et les huiles à faible viscosité – vers l’avant avec une force continue et sans blocage.

    « Nous fonctionnons à des pressions et à des débits qui sont 100 fois supérieurs à ce qui a été fait dans d’autres pompes douces », a déclaré Shepherd, co-auteur principal de l’article avec Nathan Lazarus du US Army Research Laboratory. « Par rapport aux pompes dures, nos performances sont encore environ 10 fois inférieures. Cela signifie donc que nous ne pouvons pas pousser des huiles vraiment visqueuses à des débits très élevés. »

    Les chercheurs ont mené une expérience pour démontrer que le système de pompe peut maintenir une performance continue sous de grandes déformations, et ils ont suivi les paramètres de performance afin que les futures itérations puissent être personnalisées pour différents types de robots.

    « Nous avons pensé qu’il était important d’avoir des relations d’échelle pour tous les différents paramètres de la pompe, de sorte que lorsque nous concevons quelque chose de nouveau, avec différents diamètres de tube et différentes longueurs, nous sachions comment nous devrions régler la pompe pour les performances que nous voulons,  » dit Berger.

    Le chercheur postdoctoral Hyeon Seok An a contribué à l’article.

    La recherche a été soutenue par le laboratoire de recherche de l’armée américaine.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par L’Université de Cornell. Original écrit par David Nutt, avec l’aimable autorisation du Cornell Chronicle. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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