Robot mou soft qui transpire pour réguler la température

Les chercheurs de Cornell University ont développé un muscle robotique mou capable de réguler sa température par la transpiration. Cette nouvelle avancée fait partie de nombreuses autres qui transforment le domaine de la robotique mou.

La technique de gestion thermique est une partie fondamentale de la création de robots non connectés, puissants et capables de fonctionner pendant de longues périodes sans surchauffer.

Le projet a été dirigé par Rob Shepherd, professeur associé de génie mécanique et aérospatial à Cornell University.

L’article de l’équipe, intitulé « Transpiration automatique dans les actionneurs hydrogel 3D imprimés », a été publié dans Science Robotics.

L’un des aspects les plus difficiles du développement de robots durables, adaptables et agiles est la gestion de la température interne des robots. Selon Shepherd, le robot dysfonctionnera ou s’arrêtera complètement si les moteurs à haute densité de couple et les moteurs exothermiques responsables de l’alimentation d’un robot surchauffent.

Ce problème est particulièrement présent dans les robots mous, car ils sont faits de matériaux synthétiques. Les robots mous sont plus flexibles, mais cette flexibilité accrue les amène à retenir la chaleur. Ce n’est pas le cas des métaux, qui dissipent la chaleur beaucoup plus rapidement. Le problème avec une technologie de refroidissement interne, telle qu’un ventilateur, est qu’elle occuperait trop d’espace à l’intérieur du robot et augmenterait le poids.

En tenant compte de ces défis, l’équipe de Shepherd s’est tournée vers les mammifères et leur capacité naturelle à transpirer pour inspirer un système de refroidissement.

« La capacité à transpirer est l’une des caractéristiques les plus remarquables des humains », a déclaré T.J. Wallin, co-auteur principal et scientifique de recherche aux Facebook Reality Labs. « La transpiration utilise la perte d’eau par évaporation pour dissiper rapidement la chaleur et peut refroidir en dessous de la température ambiante. … Donc, comme c’est souvent le cas, la biologie a fourni un excellent guide pour nous, les ingénieurs. »

L’équipe de Shepherd a collaboré avec le laboratoire du professeur de génie de Cornell University, Emmanual Giannelis. Ensemble, ils ont créé des matériaux nanopolymères nécessaires à la transpiration. Ils les ont développés à l’aide d’une technique d’impression 3D appelée stéréolithographie multi-matériau, qui repose sur la lumière pour durcir la résine en formes préconçues.

Les chercheurs ont ensuite fabriqué des actionneurs en forme de doigts composés de deux matériaux hydrogel capables de retenir l’eau et de répondre à la température. Une autre façon de les considérer est qu’il s’agissait de « éponges intelligentes ». La couche de base est composée de poly-N-isopropylacrylamide, qui réagit aux températures supérieures à 30 °C (86 °F) en se contractant. Cette réaction pousse l’eau vers une couche supérieure de polyacrylamide perforée de pores de taille micrométrique. Les pores réagissent à la même plage de température et libèrent la « transpiration » en se dilatant automatiquement avant de se fermer lorsque la température chute en dessous de 30 °C.

Lorsque l’eau s’évapore, la température de surface de l’actionneur est réduite de 21 °C en 30 secondes. Ce processus de refroidissement est trois fois plus efficace que celui des humains, selon les chercheurs. Lorsqu’ils sont exposés au vent d’un ventilateur, les actionneurs peuvent se refroidir environ six fois plus rapidement.

L’un des problèmes avec cette technologie est qu’elle peut affecter la mobilité d’un robot. Les robots doivent également reconstituer leur réserve d’eau. En raison de cela, Shepherd imagine des robots mous qui transpireront et boiront comme les mammifères.

Le nouveau développement de cette technologie suit un modèle très apparent dans l’industrie de la robotique. La technologie est de plus en plus développée sur la base de notre environnement naturel. Que ce soit le processus de refroidissement de la transpiration présent chez les mammifères, les réseaux de neurones basés sur les méduses lunaires, ou les capteurs de peau artificielle, la robotique est un domaine qui s’appuie en grande partie sur ce que nous avons déjà dans la nature.