Małe gumowe kulki służące do wytwarzania programowalnej cieczy

Zbliżenie / Przy ciśnieniu krytycznym kulki cieczy stają się mieszaniną różnych stanów.

Zbudowanie robota, który może podnosić delikatne przedmioty, takie jak jajka czy jagody, bez ich miażdżenia, wymaga wielu algorytmów sterujących, które przetwarzają sygnał z zaawansowanych systemów wizyjnych lub czujników naśladujących ludzki zmysł dotyku. Innym sposobem było zagłębienie się w świat robotyki miękkiej, czyli zazwyczaj robota o ograniczonej wytrzymałości i trwałości.

Teraz zespół naukowców z Uniwersytetu Harvarda opublikował badanie, w którym zastosował proste sprzęgło hydrauliczne bez czujników i systemów sterowania. Potrzebowali tylko oleju silikonowego i mnóstwa małych gumowych piłek. W trakcie tego procesu opracowano metapłyn z programowalną reakcją na ciśnienie.

Gumowe piłki do pływania

„Zrobiłem doktorat we Francji na temat pływania kulistej muszli. Aby sprawić, by pływała, zapadaliśmy się [inverted] „Meduza” – mówi Adel Jalouli, badacz z grupy Bertoldiego na Uniwersytecie Harvarda i główny autor badania. „Powiedziałem mojemu menadżerowi: A co, jeśli włożę tę kulkę do strzykawki i podniosę ciśnienie?” Stwierdził, że to nie jest ciekawy pomysł i że to nic nie da, jak twierdzi Jalouli. Jednak kilka lat później, po kilku odmowach, Jalouli poznał Benjamina Goresena, profesora inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie w Leuven w Belgii, który podzielał jego zainteresowania. „Ja mogłem przeprowadzać eksperymenty, on mógł przeprowadzać symulacje, więc pomyśleliśmy, że moglibyśmy coś wspólnie zaproponować” – mówi Jalouli. I tak gumowa kulka galaretki w końcu trafiła do strzykawki. Wyniki były zupełnie nieoczekiwane.

Kulka ma promień 10 mm, a jej ścianki z gumy silikonowej o grubości 2 mm otaczają kieszeń powietrzną. Umieszczono go w misce z 300 ml wody. Kiedy ciśnienie w pojemniku zaczęło rosnąć, kula pod ciśnieniem 120 kPa zaczęła się wyginać. Gdy zaczął się wyginać, ciśnienie pozostawało przez jakiś czas względnie stałe, mimo że objętość zajmowana przez płyn w dalszym ciągu malała. Ciecz zawierająca kulkę nie zachowywała się już jak woda, lecz miała raczej wyraźne plateau na krzywej ciśnienie/objętość. „Metapłyny – płyny o przestrajalnych właściwościach, które nie występują w przyrodzie – zostały opracowane przez… Federico Capasso i współpracownicyKto chciał uzyskać ciecz o ujemnym współczynniku załamania światła. Zaczynali wtedy od optyki, ale patrząc na zachowanie wody w tej gumowej piłce, wiedzieliśmy, że mamy do czynienia z metapłynną cieczą.

READ  NASA opublikowała nowe zdjęcia Urana, dające wgląd w rzadko spotykaną cechę

Programowalne mieszanie płynów

Punktem wyjścia było wrzucenie pojedynczej gumowej piłki do wody. „Zawsze miałem z tyłu głowy ten pomysł: co by się stało, gdybym włożył tego za dużo?” Jalouli powiedział Arsowi. Dlatego jego zespół zaczął eksperymentować z różnymi rozmiarami i liczbą kulek w ośrodku oraz przy użyciu różnych mediów, takich jak olej silikonowy. „Możesz regulować ciśnienie, przy którym kulki się aktywują, zmieniając ich promień i grubość ich ścianek. Kiedy grubsze kulki wymagają więcej energii, aby je skręcić, więc ciśnienie aktywacji będzie wyższe” – wyjaśnia Jalouli.

Istnieją inne parametry, które można zmienić, aby zaprogramować pożądane właściwości metacieczy. Obejmuje to udział objętościowy – czyli w zasadzie ilość całkowitej objętości cieczy wchłoniętej przez kulki – oraz strukturę kulek, w przypadku której ciecz zachowuje się inaczej, gdy umieścisz w niej kulki o różnych rozmiarach i grubościach. Można to również dostosować, stosując mieszankę domen o różnych właściwościach. „Jeśli różnica w wielkości i grubości kulek jest zbyt mała, po ich aktywacji uzyskasz bardzo płaski poziom nacisku. Jeśli masz szerszy rozkład, przejście od wszystkich klamer do wszystkich klamer będzie płynniejsze” – mówi Jalouli umożliwia także osiągnięcie wielu plateau przy różnych ciśnieniach w jednym płynie: „W ten sposób można precyzyjnie dostroić krzywą ciśnienie/objętość” – dodaje Jalouli.

Dostosowując te krzywe, jego zespół był w stanie zbudować inteligentne sprzęgło hydrauliczne, które działa bez potrzeby stosowania czujników i systemów sterowania.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *