Robot Lunak Berkeringat untuk Mengatur Suhu

Peneliti di Universitas Cornell telah mengembangkan otot robot lunak yang dapat mengatur suhunya dengan berkeringat. Pengembangan baru ini adalah salah satu dari banyak yang mengubah bidang robotika lunak.

Teknik manajemen termal ini adalah bagian fundamental dari menciptakan robot yang tidak terikat, berdaya tinggi, dan dapat beroperasi untuk waktu lama tanpa kepanasan.

Proyek ini dipimpin oleh Rob Shepherd, profesor asosiasi teknik mesin dan aerospace di Cornell.

Makalah tim yang berjudul “Automatic Perspiration in 3D Printed Hydrogel Actuators” diterbitkan di Science Robotics.

Salah satu aspek paling sulit dalam mengembangkan robot yang tahan lama, adaptif, dan gesit adalah mengelola suhu internal robot. Menurut Shepherd, robot akan mengalami kerusakan atau berhenti sepenuhnya jika motor berdensitas tinggi dan mesin eksotermik yang bertanggung jawab untuk memowering robot kepanasan.

Masalah ini sangat umum terjadi pada robot lunak karena mereka terbuat dari bahan sintetis. Robot lunak lebih fleksibel, tetapi fleksibilitas yang meningkat menyebabkan mereka menahan panas. Ini tidak terjadi pada logam, yang memancarkan panas lebih cepat. Masalah dengan teknologi pendinginan internal, seperti kipas, adalah bahwa itu akan mengambil terlalu banyak ruang di dalam robot dan meningkatkan berat.

Dengan tantangan ini, tim Shepherd memandang ke mamalia dan kemampuan alami mereka untuk berkeringat sebagai inspirasi untuk sistem pendinginan.

“Kemampuan untuk berkeringat adalah salah satu fitur paling luar biasa dari manusia,” kata penulis utama T.J. Wallin, ilmuwan peneliti di Facebook (META ) Reality Labs. “Berkeringat memanfaatkan kehilangan air yang menguap untuk memancarkan panas dengan cepat dan dapat mendinginkan di bawah suhu lingkungan sekitar. … Jadi, seperti biasa, biologi memberikan panduan yang sangat baik bagi kita sebagai insinyur.”

Tim Shepherd bermitra dengan laboratorium profesor teknik Cornell Emmanual Giannelis. Bersama, mereka menciptakan bahan nanopolimer yang diperlukan untuk berkeringat. Mereka mengembangkan ini menggunakan teknik pencetakan 3D yang disebut stereolitografi multi-bahan, yang bergantung pada cahaya untuk mengeringkan resin menjadi bentuk yang telah dirancang sebelumnya.

Peneliti kemudian membuat aktuator berbentuk jari yang terdiri dari dua bahan hidrogel yang dapat menahan air dan merespons suhu. Cara lain untuk melihatnya adalah bahwa ini adalah “sponsa pintar”. Lapisan dasar terdiri dari poly-N-isopropylacrylamide, yang bereaksi terhadap suhu di atas 30°C (86°F) dengan menyusut. Reaksi ini mengompresi air ke lapisan atas polyacrylamide yang berpori-pori dengan pori-pori berukuran mikron. Pori-pori ini bereaksi terhadap kisaran suhu yang sama, dan mereka melepaskan “keringat” dengan mengembang secara otomatis sebelum menutup ketika suhu turun di bawah 30°C.

Ketika air menguap, suhu permukaan aktuator berkurang sebesar 21°C dalam waktu 30 detik. Proses pendinginan ini tiga kali lebih efisien daripada yang ada pada manusia, menurut peneliti. Ketika terkena angin dari kipas, aktuator dapat mendinginkan sekitar enam kali lebih cepat.

Salah satu masalah dengan teknologi ini adalah bahwa dapat memengaruhi mobilitas robot. Robot juga memerlukan untuk mengisi kembali pasokan air mereka. Karena itu, Shepherd membayangkan robot lunak yang akhirnya akan berkeringat dan minum seperti mamalia.

Pengembangan teknologi baru ini mengikuti pola yang sangat jelas dalam industri robotika. Teknologi semakin dikembangkan berdasarkan lingkungan alami kita. Apakah itu proses pendinginan berkeringat yang ada pada mamalia, jaringan saraf berdasarkan ubur-ubur bulan, atau kulit buatan, robotika adalah bidang yang dalam banyak cara membangun pada apa yang sudah kita miliki di alam.