Le robot doux transpire pour réguler la température

Chercheurs à L'Université Cornell ont développé un muscle robotique mou capable de réguler sa température par la transpiration. Le nouveau développement est l'un des nombreux qui transforment le domaine de la robotique douce.

La technique de gestion thermique est un élément fondamental de la création de robots autonomes de grande puissance capables de fonctionner pendant de longues périodes sans surchauffe. 

Le projet était dirigé par Rob Shepherd, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à Cornell. 

Le document de l'équipe intitulé "Transpiration automatique dans les actionneurs d'hydrogel imprimés en 3D" A été publié en Robotique scientifique.

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 fonctionnera mal 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 puisqu'ils sont en matière synthétique. 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, comme un ventilateur, est qu'elle prendrait trop de place à l'intérieur du robot et augmenterait le poids. 

Avec ces défis à l'esprit, l'équipe de Shepherd s'est tournée vers les mammifères et leur capacité naturelle à transpirer comme source d'inspiration pour un système de refroidissement.

"La capacité de transpirer est l'une des caractéristiques les plus remarquables de l'homme", a déclaré le co-auteur principal TJ Wallin, chercheur à Facebook Reality Labs. "La transpiration profite de la perte d'eau évaporée pour dissiper rapidement la chaleur et peut refroidir en dessous de la température ambiante. … Donc, comme c'est souvent le cas, la biologie nous a fourni un excellent guide en tant qu'ingénieurs.

L'équipe de Shepherd s'est associée au laboratoire du professeur d'ingénierie de Cornell, Emmanual Giannelis. Ensemble, ils ont créé des matériaux nanopolymères nécessaires à la transpiration. Ils les ont développés en utilisant une technique d'impression 3D appelée stéréolithographie multi-matériaux, qui s'appuie sur la lumière pour durcir la résine en formes préconçues. 

Les chercheurs ont ensuite fabriqué des actionneurs en forme de doigt composés de deux matériaux hydrogel capables de retenir l'eau et de réagir à la température. Une autre façon de voir les choses est qu'il s'agissait d'éponges "intelligentes". La couche de base est constituée de poly-N-isopropylacrylamide, qui réagit à des températures supérieures à 30°C (86°F) en se rétractant. Cette réaction comprime l'eau dans une couche supérieure de polyacrylamide perforée de pores de la taille d'un micron. Les pores réagissent à la même plage de température, et libèrent la « sueur » en se dilatant automatiquement avant de se refermer lorsque la température descend 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 chez l'homme, 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 la technologie est qu'elle peut affecter la mobilité d'un robot. Les robots sont également tenus de reconstituer leur approvisionnement en eau. Pour cette raison, Shepherd envisage des robots mous qui finiront par transpirer et boire comme des mammifères. 

Le nouveau développement de cette technologie suit un modèle très apparent au sein de l'industrie de la robotique. La technologie est de plus en plus développée en fonction de notre environnement naturel. Qu'il s'agisse du processus de refroidissement de la transpiration présent chez les mammifères, réseaux de neurones basés sur la méduse lunaire, ou peau artificielle, la robotique est un domaine qui, à bien des égards, s'appuie sur ce que nous avons déjà dans la nature.