Robot blando que suda para regular la temperatura

Los investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un músculo robótico blando capaz de regular su temperatura a través del sudor. Este nuevo desarrollo es uno de muchos que están transformando el campo de la robótica blanda.

La técnica de gestión térmica es una parte fundamental para crear robots no conectados, de alta potencia, que puedan operar durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentarse.

El proyecto fue liderado por Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en Cornell.

El artículo del equipo titulado “Transpiración automática en actuadores de hidrogel impresos en 3D” se publicó en Science Robotics.

Uno de los aspectos más difíciles del desarrollo de robots duraderos, adaptables y ágiles es gestionar la temperatura interna de los robots. Según Shepherd, el robot fallará o se detendrá por completo si los motores de alta densidad de torque y los motores exotérmicos responsables de alimentar un robot se sobrecalientan.

Este problema es especialmente presente en los robots blandos, ya que están hechos de material sintético. Los robots blandos son más flexibles, pero esta mayor flexibilidad hace que retengan el calor. Esto no es el caso de los metales, que disipan el calor mucho más rápido. El problema con una tecnología de enfriamiento interno, como un ventilador, es que ocuparía demasiado espacio dentro del robot y aumentaría su peso.

Con estos desafíos en mente, el equipo de Shepherd se inspiró en los mamíferos y su capacidad natural para sudar como base para un sistema de enfriamiento.

“La capacidad de transpirar es una de las características más notables de los humanos”, dijo el coautor principal T.J. Wallin, un científico de investigación en Facebook (META ) Reality Labs. “El sudor aprovecha la pérdida de agua evaporada para disipar rápidamente el calor y puede enfriar por debajo de la temperatura ambiental. … Así que, como suele ser el caso, la biología proporcionó una excelente guía para nosotros como ingenieros”.

El equipo de Shepherd colaboró con el laboratorio del profesor de ingeniería de Cornell Emmanual Giannelis. Juntos, crearon materiales de nanopolímero necesarios para el sudor. Los desarrollaron utilizando una técnica de impresión 3D llamada estereolitografía de multimaterial, que depende de la luz para curar el resina en formas pre diseñadas.

Los investigadores luego fabricaron actuadores en forma de dedo que estaban compuestos por dos materiales de hidrogel capaces de retener agua y responder a la temperatura. Otra forma de verlo es que estos eran “esponjas inteligentes”. La capa base consiste en poli-N-isopropilacrilamida, que reacciona a temperaturas por encima de 30°C (86°F) al encogerse. Esta reacción exprime el agua hacia una capa superior de poliacrilamida que está perforada con poros de tamaño micrométrico. Los poros reaccionan al mismo rango de temperatura y liberan el “sudor” al dilatarse automáticamente antes de cerrarse cuando la temperatura cae por debajo de 30°C.

Cuando el agua se evapora, la temperatura superficial del actuador se reduce en 21°C en 30 segundos. Este proceso de enfriamiento es tres veces más eficiente que el de los humanos, según los investigadores. Cuando se expone a un ventilador, los actuadores pueden enfriarse aproximadamente seis veces más rápido.

Uno de los problemas con la tecnología es que puede afectar la movilidad del robot. Los robots también requieren reabastecer su suministro de agua. Debido a esto, Shepherd imagina robots blandos que eventualmente sudarán y beberán como los mamíferos.

El nuevo desarrollo de esta tecnología sigue un patrón muy aparente dentro de la industria de la robótica. La tecnología se está desarrollando cada vez más en función de nuestro entorno natural. Ya sea el proceso de enfriamiento del sudor presente en los mamíferos, redes neuronales basadas en medusas lunares, o piel artificial, la robótica es un campo que en muchos sentidos se basa en lo que ya tenemos en la naturaleza.