Robot Morbido Suda per Regolare la Temperatura

I ricercatori della Cornell University hanno sviluppato un muscolo robotico morbido in grado di regolare la propria temperatura attraverso la sudorazione. Questo nuovo sviluppo è uno dei molti che stanno trasformando il campo della robotica morbida.

La tecnica di gestione termica è una parte fondamentale della creazione di robot non vincolati, ad alta potenza, in grado di operare per lunghi periodi di tempo senza surriscaldarsi.

Il progetto è stato guidato da Rob Shepherd, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale alla Cornell.

La relazione del team, intitolata “Sudorazione automatica in attuatori idrogel stampati in 3D”, è stata pubblicata su Science Robotics.

Uno degli aspetti più difficili nello sviluppo di robot resilienti, adattabili e agili è la gestione della temperatura interna. Secondo Shepherd, il robot si guasterà o si fermerà completamente se i motori ad alta densità di coppia e i motori esotermici responsabili dell’alimentazione del robot si surriscaldano.

Questo problema è particolarmente presente nei robot morbidi, poiché sono realizzati con materiali sintetici. I robot morbidi sono più flessibili, ma questa maggiore flessibilità li porta a trattenere il calore. Ciò non si verifica con i metalli, che dissipano il calore molto più velocemente. Il problema con una tecnologia di raffreddamento interno, come un ventilatore, è che occuperebbe troppo spazio all’interno del robot e aumenterebbe il peso.

Tenendo presenti queste sfide, il team di Shepherd ha guardato ai mammiferi e alla loro capacità naturale di sudare come ispirazione per un sistema di raffreddamento.

“La capacità di sudare è una delle caratteristiche più notevoli degli esseri umani”, ha dichiarato T.J. Wallin, ricercatore presso Facebook (META ) Reality Labs. “La sudorazione sfrutta la perdita di acqua evaporata per dissipare rapidamente il calore e può raffreddare al di sotto della temperatura ambientale. … Quindi, come spesso accade, la biologia ha fornito una guida eccellente per noi ingegneri.”

Il team di Shepherd ha collaborato con il laboratorio del professore di ingegneria della Cornell Emmanual Giannelis. Insieme, hanno creato materiali nanopolimerici necessari per la sudorazione. Li hanno sviluppati utilizzando una tecnica di stampa 3D chiamata stereolitografia a materiali multipli, che si basa sulla luce per curare la resina in forme predefinite.

I ricercatori hanno quindi realizzato attuatori a forma di dita composti da due materiali idrogel in grado di trattenere l’acqua e rispondere alla temperatura. Un altro modo di vedere questo è che si trattava di “spugne intelligenti”. Il livello di base è costituito da poli-N-isopropilacrilammide, che reagisce alle temperature superiori a 30°C (86°F) contraendosi. Questa reazione spinge l’acqua verso un livello superiore di poliacrilammide perforato con pori di dimensioni micron. I pori reagiscono alla stessa gamma di temperature e rilasciano il “sudore” dilatandosi automaticamente prima di chiudersi quando la temperatura scende al di sotto di 30°C.

Quando l’acqua evapora, la temperatura superficiale dell’attuatore si riduce di 21°C entro 30 secondi. Questo processo di raffreddamento è tre volte più efficiente di quello umano, secondo i ricercatori. Quando esposto al vento di un ventilatore, gli attuatori possono raffreddarsi circa sei volte più velocemente.

Uno dei problemi con questa tecnologia è che può influenzare la mobilità del robot. I robot richiedono anche di rinnovare il loro approvvigionamento di acqua. A causa di ciò, Shepherd immagina robot morbidi che alla fine saranno in grado di sudare e bere come i mammiferi.

Il nuovo sviluppo di questa tecnologia segue un modello molto evidente all’interno dell’industria della robotica. La tecnologia viene sviluppata sempre più sulla base del nostro ambiente naturale. Sia che si tratti del processo di raffreddamento della sudorazione presente nei mammiferi, reti neurali basate sulla medusa lunare, o pelle artificiale, la robotica è un campo che in molti modi si basa su ciò che già esiste in natura.