روبوت لين يتنفس لتنظيم درجة الحرارة

قام باحثون في جامعة كورنيل بتطوير عضلة روبوتية لينة قادرة على تنظيم درجة حرارتها من خلال التعرق. هذا التطور الجديد هو واحد من العديد من التطورات التي تحول مجال الروبوتات اللينة.

تعتبر تقنية إدارة الحرارة جزءًا أساسيًا من إنشاء روبوتات غير متصلة، ذات طاقة عالية، قادرة على العمل لفترات طويلة دون ارتفاع درجة حرارتها.

قاد المشروع روب شيبارد، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية في كورنيل.

نشرت ورقة الفريق بعنوان “التعرق التلقائي في محفزات الهيدروجيل ثلاثية الأبعاد” في روبوتات العلوم.

أحد أصعب الجوانب في تطوير روبوتات متينة ومرنة وسريعة هو إدارة درجة حرارة الروبوت الداخلية. وفقًا لشيبارد، سيحدث عطل في الروبوت أو يتوقف تمامًا إذا أصبحت المحركات عالية الكثافة والمركبات الحَرارية التي تُزوّد الروبوت بالطاقة ساخنة جدًا.

تظهر هذه المشكلة بشكل خاص في الروبوتات اللينة لأنها مصنوعة من مواد合اصة. الروبوتات اللينة أكثر مرونة، ولكن هذه المرونة الزائدة تؤدي إلى احتباس الحرارة. هذا ليس هو الحال مع المعادن، التي ت散ь الحرارة بسرعة أكبر. المشكلة مع تكنولوجيا التبريد الداخلية، مثل المروحة، هي أنها ستأخذ مساحة كبيرة داخل الروبوت وزيادة الوزن.

مع هذه التحديات في الاعتبار، نظر فريق شيبارد إلى الثدييات وقدرتها الطبيعية على التعرق ك nguồn إلهام لنظام تبريد.

“القدرة على التعرق هي واحدة من أكثر الميزات remarkability في البشر،” قال المؤلف المشارك تي جاي والين، عالم أبحاث في مختبرات رياليتي فيسبوك. “التعرق يستفيد من فقدان الماء المتبخر لتبديد الحرارة بسرعة ويمكن أن يبرد إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة المحيطة. … لذلك، كما هو الحال دائمًا، قدمت البيولوجيا دليلًا رائعًا لنا كمحترفين.”

شكل فريق شيبارد شراكة مع مختبر أستاذ الهندسة في كورنيل إيمانويل جيانيليس. معًا، أنشأوا مواد نانوبوليمرية ضرورية للتعرق. لقد طوروا هذه المواد باستخدام تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تسمى الاستريليثوغرافي المتعدد للمواد، التي تعتمد على الضوء لتجفيف الراتنج في أشكال مسبقة.

然后 قام الباحثون بتصنيع محفزات تشبه الأصابع تتكون من مواد هيدروجيلتين قادرتين على الاحتفاظ بالماء والاستجابة لدرجة الحرارة. يمكن النظر إليها على أنها “إسفنجات ذكية”. يتكون الطبقة الأساسية من البولي-N-ايزوبروبلاكريلاميد، الذي يستجيب لدرجات الحرارة أعلى 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت) بالتقلص. هذه الاستجابة تضغط الماء إلى طبقة عليا من البولي أكريلاميد التي تحتوي على مسام دقيقة الحجم. تتفاعل المسام مع نفس نطاق درجة الحرارة، وتطلق “التعرق” تلقائيًا قبل إغلاقها عند انخفاض درجة الحرارة إلى أقل من 30 درجة مئوية.

عندما يتبخر الماء، تقل درجة حرارة سطح المحفز بنسبة 21 درجة مئوية في غضون 30 ثانية. هذا عملية تبريد أكثر كفاءة ثلاث مرات من تلك الموجودة في البشر، وفقًا للباحثين. عند تعرضها لرياح من مروحة، يمكن للمحفزات أن تبرد بمعدل ست مرات أسرع.

أحد القضايا المتعلقة بتكنولوجيا التعرق هو أنها يمكن أن تؤثر على قدرة الروبوت على الحركة. كما يتعين على الروبوتات إعادة تعبئة إمدادات الماء الخاصة بهم. نظرًا لذلك، يتخيل شيبارد روبوتات لينة في النهاية ستتعرق وستشرب مثل الثدييات.

يتبع تطور هذه التكنولوجيا نمطًا واضحًا في صناعة الروبوتات. يتم تطوير التكنولوجيا بشكل متزايد بناءً على بيئتنا الطبيعية. سواء كان ذلك عملية التبريد للتعرق الموجودة في الثدييات، أو الشبكات العصبية المستندة إلى قناديل البحر القمرية، أو الجلد الاصطناعي، فإن الروبوتات هي مجال يعتمد في很多 طرق على ما لدينا بالفعل في الطبيعة.