泵为软机器人提供动力,制作鸡尾酒并为软机器人应用开启大门

煤油灯科技2023-07-14 10:27

今年夏天最炙手可热的饮品可能要数SEAS-科拉达。制作这款饮品所需的材料有:杜松子酒、菠萝汁、椰奶,以及基于电介质弹性体致动器的柔性蠕动泵。遗憾的是,最后一种组件只能在罗伯特·伍德(哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的哈利·刘易斯和玛琳·麦克格拉斯工程及应用科学教授)实验室中找到。

伍德和他的团队设计了这款泵,旨在解决软体机器人领域的一个重大挑战——如何用柔软的替代品取代传统笨重而刚性的动力组件。该研究成果已在《科学机器人学》杂志上发表。

在过去几年里,伍德先生在SEAS的微型机器人实验室一直在开发软性机器人组件的模拟版本,包括阀门和传感器。在液压驱动的机器人系统中,泵控制着液体的压力或流动,从而推动机器人的运动。如今,对于软性机器人来说,市面上的大多数泵要么体积过大而无法搭载,要么在驱动方面力量不够,或者只能与特定的液体配合使用。

Wood的团队开发了一种小巧、柔软的泵,它具有可调节流量的多功能性,足以泵送各种粘度不同的液体,包括杜松子酒、果汁和椰奶,并且具有足够的动力来驱动柔软的触觉装置和柔软的机器手指。

泵的尺寸、功率和多功能性为软体机器人在各种应用领域(包括食品处理、制造业和生物医学治疗)开辟了广阔的可能性。

蠕动泵被广泛应用于工业领域。这些简单的装置利用电动机来压缩柔软的管道,产生压力差,从而迫使液体通过管道流动。由于液体不接触泵的任何组件,所以这种泵在生物医学应用中尤为有用。

"蠕动泵能够输送具有多种粘度、颗粒液体悬浮物或者血液等对其他类型泵来说具有挑战性的流体。",SEAS的首席作者徐思怡博士说道。徐思怡曾是SEAS的研究生,并且现在是伍德实验室的博士后研究员。

借鉴先前研究的成果,徐和他的团队设计了电力驱动的介电弹性致动器(DEAs),作为泵的电机和辊子。这些柔软的致动器具有超高功率密度,重量轻,可连续运行数十万次。

团队设计了一系列相互配合的电活性聚合物阵列,按照预设的顺序压缩毫米级通道,从而产生压力波。

结果是一个厘米大小的泵,足够小,可以安装在一个小型软体机器人上,并具有足够的功率以驱动动作,并能够控制压力、流量和流向。

徐先生表示:“我们还证明了通过改变输入电压和出口阻力(在我们的实验中,即钝针的直径),我们可以将连续流动的输出转变为液滴状。这种能力不仅可以使得泵在机器人技术中发挥作用,还可以在微流体应用中发挥作用。”

伍德表示:“大部分软体机器人的传动系统中都包含刚性结构。起初,我们的研究目标是用软体替代其中一个关键部件,即泵。然而,在研究过程中,我们意识到紧凑型的软体泵可能具有更广泛的实用性,例如在生物医学领域中用于药物输送或植入式治疗设备。”

 

---煤油灯科技victorlamp.com编译整理---

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