Pehmeä robotti hikoilee lämmön säätelyyn

Cornellin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pehmeän robotti-lihaksen, joka pystyy säätelyyn lämpötilaansa hikoilemalla. Uusi kehitys on yksi monista, jotka muuttavat pehmeän robotiikan alaa.

Lämmön hallinta on olennainen osa luodaksesi untethered, korkeatehoisia roboteja, jotka voivat toimia pitkiä aikoja ilman ylikuumenemista.

Projektin johti Rob Shepherd, joka on apulaisprofessori Cornellin yliopistossa.

Tutkijoiden artikkeli “Automatic Perspiration in 3D Printed Hydrogel Actuators” julkaistiin Science Robotics -lehdessä.

Yksi haasteellisimmista asioista kehittää kestäviä, sopeutuvia ja ketteriä roboteja on hallita robotin sisäistä lämpötilaa. Shepherdin mukaan robotti vikaantuu tai lakkaa toimimasta, jos korkean virran tiheysmoottorit ja eksotermiset moottorit, jotka voittavat robotin, ylikuumenevat.

Tämä ongelma on erityisen voimakas pehmeissä robooteissa, koska ne ovat valmistettu syntetisistä materiaaleista. Pehmeät robotit ovat joustavampia, mutta tämä lisääntynyt joustavuus aiheuttaa niiden lämmön pidättämisen. Tämä ei ole ongelma metalleille, jotka hävittävät lämmön nopeammin. Sisäisen jäähdytysteknologian, kuten tuulettimen, ongelma on, että se vie liian paljon tilaa robotin sisällä ja lisää painoa.

Näiden haasteiden mielessä Shepherdin tiimi kääntyi nisäkkäiden ja niiden luonnollisen kyvyn hikoilla jäähdytysjärjestelmän inspiroimana.

“Hikoilun kyky on yksi ihmisen merkittävimmistä ominaisuuksista”, sanoi yhteinen johtaja T.J. Wallin, joka on tutkimusjohtaja Facebook (META ) Reality Labsissa. “Hikoilu hyödyntää haihdutettua veden menetystä nopeasti hävittämään lämpöä ja voi jäähdyttää alle ympäristön lämpötilan. … Niin kuin usein on, biologia tarjosi meille insinööreille erinomaisen opaan.”

Shepherdin tiimi teki yhteistyötä Cornellin insinööriprofessori Emmanual Giannelisin laboratorion kanssa. Yhdessä he loivat nanopolymeerimateriaaleja, joita tarvitaan hikoiluun. He kehittivät nämä 3D-tulostustekniikalla, joka perustuu valoon, joka kovettaa resin valmiiksi suunniteltuihin muotoihin.

Tutkijat valmistivat sormimaiset toimijat, jotka koostuivat kahdesta hydrogeelimateriaalista, jotka pystyivät säilyttämään vettä ja reagoimaan lämpötilaan. Toisin sanoen nämä olivat “älykkäitä” sieniä. Pohjakerros koostui poly-N-isopropylakrylaamista, joka reagoi lämpötiloihin yli 30 °C (86 °F) kutistumalla. Tämä reaktio purki vettä ylärakenteeseen, joka oli polyakrylamidia, jossa oli mikronin kokoisia reikiä. Reikiät reagoivat samaan lämpötilaan ja vapauttivat “hikoilun” automaattisesti laajentumalla ennen sulkeutumista, kun lämpötila laski alle 30 °C.

Kun vesi haihtuu, toimijan pinnan lämpötila alenee 21 °C 30 sekunnissa. Tämä jäähdytysprosessi on kolme kertaa tehokkaampi kuin ihmisillä, tutkijoiden mukaan. Kun toimijat altistetaan tuulettimen tuotteelle, ne voivat jäähdyttää noin kuusi kertaa nopeammin.

Yksi ongelmista teknologian kanssa on, että se voi vaikuttaa robotin liikkuvuuteen. Robotit vaativat myös veden uudelleentäyttöä. Shepherd näkee tulevaisuudessa pehmeitä roboteja, jotka hikoilevat ja juovat kuin nisäkkäät.

Tämä uusi teknologian kehitys seuraa hyvin ilmeistä kuurausjellyfish- ja neurverkkoja tai tekoista ihoa, robotiikka on ala, joka monin tavoin perustuu siihen, mitä meillä on jo luonnossa.