Odborníci z Univerzity v Bristolu vytvořili miniaturní měkké čerpadlo, které váží jen asi jako jediné usušené dýňové semínko, ale přesto vyvine dostatečný hydraulický tlak k pohonu měkkých robotických systémů.
Měkcí roboti bývají vyrobeni z lehkých a pružných materiálů, které napodobují živé tkáně. Ti jsou čím dál populárnější, ale trpí „kardiovaskulárním“ problémem. Jejich měkká těla se ohýbají, natahují a deformují, ale jejich „srdce“, tedy čerpadla, která je pohánějí, zůstávají objemná a tuhá. Systémy pro pohon a řízení tedy zůstávají těžké a nepoddajné. Většina z nich se stále spoléhá na hydraulické nebo pneumatické systémy, které přivádějí kapalinu či plyn do umělých svalů a aktuátorů.
Pohonné jednotky navíc bývají často i větší a těžší než celý robot. Mnohé konstrukce proto zůstávají připoutané pomocí hadic a kabelů ke statické jednotce. To výrazně omezuje jejich mobilitu i praktické využití v reálném světě. Takoví roboti se pak jen obtížně uplatňují, i když možných aplikací by se nabízela celá řada, jako například nositelná asistenční zařízení, lékařské implantáty, systémy haptické zpětné vazby, roboti pro pátrací a záchranné operace nebo miniaturní inspekční stroje.
Tým z Bristolu přichází s pozoruhodným zařízením LIMA (liquid metal magnetohydrodynamic actuator). Jde o miniaturní měkké čerpadlo, velké zhruba jako hrášek, které váží pouhých 0,2 g a představuje kompaktní zdroj hydraulické energie schopný vytvářet tlak i proudění kapaliny při napětí nižším než 0,1 V.
Čerpadlo pracuje na principu magnetohydrodynamiky, vědy o tom, jak magnetická pole interagují s elektricky vodivými tekutinami. Zařízení obsahuje malou kapku tekutého kovu suspendovanou v měkkém kanálu naplněném tekutinou. Přímo pod kanálem se nachází malý neodymový magnet, který generuje magnetické pole skrze kapku. Když tekutým kovem prochází malý elektrický proud, interakce mezi proudem a magnetickým polem generuje Lorentzovu sílu, která způsobuje, že kapka tekutého kovu osciluje v kanálu a opakovaně posouvá okolní tekutinu.
Toto opakované posunutí vytváří tlakové rozdíly v kanálu, což generuje čerpací činnost, která pohání tekutinu propojenými měkkými robotickými systémy. Protože samotná vodivá kapalina je pohyblivým prvkem, není potřeba složitých mechanických sestav ani pevných převodových systémů. V podstatě kapka tekutého kovu funguje současně jako motor, píst a aktuátor.
Výzkumníci využili několik unikátních vlastností tekutých kovů, aby se jejich vynález stal skutečným průlomem. Tekuté kovy mají extrémně vysokou elektrickou vodivost, což jim umožňuje efektivně reagovat na velmi malé elektrické vstupy.
Tradiční měkké robotické aktuátory často vyžadují desítky, stovky, nebo dokonce tisíce voltů k vygenerování užitečného pohybu. Nízké provozní úrovně milivoltů až subvoltů čerpadla bristolského týmu dále zvyšují jeho vhodnost pro integraci s kompaktními bateriemi a nositelnou elektronikou. „Kouzlo“ spočívá v tom, že tekutý kov je tak vodivý, že může nést velmi vysoké proudy při extrémně nízkém napětí. Úrovně napětí se samozřejmě s rostoucím systémem budou zvyšovat, ale pro robotický čerpací systém zůstanou relativně nízké.
Tekuté kovy mají také vysoké povrchové napětí, které pomáhá udržovat integritu kapičky během provozu; nedochází k jejich míchání s okolní tekutinou ani k opotřebení kapičky. A konečně, jejich tekutá povaha jim umožňuje volně se deformovat a pohybovat v měkkých strukturách s minimálními ztrátami třením.
Vědci tvrdí, že technologie by kromě pohybu tekutin mohla v rámci měkké robotické sítě vykonávat i několik dalších funkcí současně. Proudící tekutina může přenášet hydraulickou energii k aktuátorům, přenášet chemické látky, jako jsou léky nebo senzory, a potenciálně přenášet informační signály fluidními cestami. Tato multifunkčnost povyšuje čerpadlo nad rámec pouhé miniaturní náhrady kompresoru. Má potenciál stát se integrovanou platformou pro dodávku energie, řízení a komunikaci v rámci měkkých robotických systémů — v podstatě srdcem.