Měkký robot potí, aby reguloval teplotu

Výzkumníci z Cornell University vyvinuli měkký robotický sval, který je schopen regulovat svou teplotu potem. Tato nová vývoj je jedním z mnoha, které transformují oblast měkké robotiky.

Technika tepelného managementu je základním předpokladem pro vytváření autonomních, vysokovýkonných robotů, které jsou schopny fungovat po dlouhou dobu bez přehřátí.

Projekt vedl Rob Shepherd, asociativní profesor mechanického a aerospatialního inženýrství na Cornell University.

Článek týmu s názvem “Automatická potiva v 3D tištěných hydrogelových akcích” byl publikován v Science Robotics.

Jedním z nejobtížnějších aspektů vývoje vytrvalých, přizpůsobivých a agilních robotů je řízení jejich vnitřní teploty. Podle Shepherda bude robot selhat nebo úplně přestat fungovat, pokud se motory s vysokou hustotou a exotermické motory, které pohánějí robota, přehřejí.

Tento problém je obzvláště přítomný u měkkých robotů, protože jsou vyrobeny ze syntetických materiálů. Měkké roboty jsou flexibilnější, ale tato zvýšená flexibilita způsobuje, že drží teplo. To není případ u kovů, které teplo rychleji rozptylují. Problém s vnitřní chladicí technologií, jako je ventilátor, je, že by zabíral příliš mnoho místa uvnitř robota a zvýšil by jeho hmotnost.

S těmito výzvami na mysli se Shepherdův tým podíval na savce a jejich přirozenou schopnost potit jako inspiraci pro chladicí systém.

“Schopnost potit je jednou z nejpozoruhodnějších funkcí lidského těla,” řekl spoluautor T.J. Wallin, výzkumný pracovník ve Facebook (META ) Reality Labs. “Potení využívá odpařené ztráty vody k rychlému rozptylu tepla a může ochladit pod okolní teplotu prostředí. … Tak, jako je často případ, biologie poskytuje vynikající vodítko pro nás, inženýry.”

Shepherdův tým spolupracoval s laboratoří Cornellova inženýrského profesora Emmanuela Giannelise. Společně vytvořili nanopolymerové materiály potřebné pro potení. Tyto materiály byly vyvinuty pomocí 3D tiskové techniky nazvané multi-materiálová stereolitografie, která spoléhá na světlo k vytvrzení resinu do předem navržených tvarů.

Výzkumníci poté vyrobili prstovité akční členy, které se skládaly ze dvou hydrogelových materiálů schopných zadržovat vodu a reagovat na teplotu. Jiný způsob pohledu na to je, že tyto byly “chytré” houby. Základní vrstva se skládá z poly-N-izopropylakrylamidu, který reaguje na teploty nad 30°C (86°F) zmenšením. Tato reakce stlačuje vodu do horní vrstvy polyakrylamidu, která je perforována mikronovými póry. Póry reagují na stejný teplotní rozsah a uvolňují “pot” automatickým dilatací před uzavřením, když teplota klesne pod 30°C.

Když voda odpaří, povrchová teplota akčního členu se sníží o 21°C během 30 sekund. Tento chladicí proces je třikrát účinnější než u lidí, podle výzkumníků. Když je vystaven větru z ventilátoru, akční členy mohou ochladit asi šestkrát rychleji.

Jednou z otázek této technologie je, že může ovlivnit mobilitu robota. Roboty také vyžadují doplnění své zásoby vody. Z tohoto důvodu Shepherd předjímá, že měkké roboty budou nakonec potit a pít jako savci.

Nový vývoj této technologie následuje velmi zjevný vzorec v oblasti robotiky. Technologie se stále více vyvíjí na základě našeho přirozeného prostředí. Bez ohledu na to, zda se jedná o chladicí proces potu přítomný u savců, neuronové sítě založené na medúzách, nebo umělé kůže, robotika je oblast, která mnoha způsoby staví na tom, co už máme v přírodě.