Robot suave suda para regular la temperatura

Investigadores en Cornell University han desarrollado un músculo robótico suave que es capaz de regular su temperatura a través del sudor. El nuevo desarrollo es uno de los muchos que están transformando el campo de la robótica blanda.

La técnica de gestión térmica es una parte fundamental de la creación de robots de alta potencia sin ataduras que pueden operar durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentarse. 

El proyecto fue dirigido 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” Fue publicado en Ciencia Robótica.

Uno de los aspectos más difíciles de desarrollar robots resistentes, adaptables y ágiles es gestionar la temperatura interna de los robots. Según Shepherd, el robot funcionará mal o se detendrá por completo si los motores de alta densidad de torque y los motores exotérmicos responsables de impulsar un robot se sobrecalientan.

Este problema está 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. Este no es el caso de los metales, que disipan el calor mucho más rápido. El problema con una tecnología de refrigeración interna, como un ventilador, es que ocuparía demasiado espacio dentro del robot y aumentaría el peso. 

Con estos desafíos en mente, el equipo de Shepherd miró hacia los mamíferos y su capacidad natural para sudar como inspiración para un sistema de enfriamiento.

"La capacidad de transpirar es una de las características más notables de los humanos", dijo el coautor principal, TJ Wallin, científico investigador de Facebook Reality Labs. “La sudoración aprovecha la pérdida de agua evaporada para disipar rápidamente el calor y puede enfriarse por debajo de la temperatura ambiente. … Entonces, como suele ser el caso, la biología nos brindó una excelente guía como ingenieros ”.

El equipo de Shepherd se asoció con el laboratorio del profesor de ingeniería de Cornell, Emmanual Giannelis. Juntos, crearon los materiales de nanopolímero necesarios para sudar. Los desarrollaron utilizando una técnica de impresión 3D llamada estereolitografía de múltiples materiales, que se basa en la luz para curar la resina en formas prediseñadas. 

Luego, los investigadores fabricaron actuadores en forma de dedos que estaban compuestos de dos materiales de hidrogel capaces de retener agua y responder a la temperatura. Otra forma de verlo es que se trataba de esponjas "inteligentes". La capa base consta de poli-N-isopropilacrilamida, que reacciona a temperaturas superiores a 30 °C (86 °F) encogiéndose. Esta reacción comprime el agua en una capa superior de poliacrilamida que está perforada con poros del tamaño de una micra. Los poros reaccionan al mismo rango de temperatura y liberan el "sudor" al dilatarse automáticamente antes de cerrarse cuando la temperatura desciende por debajo de los 30°C.

Cuando el agua se evapora, la temperatura de la superficie 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 exponen al viento de un ventilador, los actuadores pueden enfriarse unas seis veces más rápido.

Uno de los problemas con la tecnología es que puede afectar la movilidad de un robot. Los robots también deben reponer su suministro de agua. Debido a esto, Shepherd imagina robots blandos que eventualmente transpirarán 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 de la sudoración presente en los mamíferos, redes neuronales basadas en medusas lunao piel artificial, la robótica es un campo que, en muchos sentidos, se basa en lo que ya tenemos en la naturaleza.