Morbido robot suda per regolare la temperatura

Ricercatori a Cornell University hanno sviluppato un morbido muscolo robotico in grado di regolare la propria temperatura attraverso la sudorazione. Il nuovo sviluppo è uno dei tanti che stanno trasformando il campo della robotica morbida.

La tecnica di gestione termica è una parte fondamentale della creazione di robot senza vincoli e ad alta potenza in grado di funzionare per lunghi periodi di tempo senza surriscaldarsi. 

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

Il documento del team intitolato “Traspirazione automatica negli attuatori idrogel stampati in 3D” È stato pubblicato in Scienza Robotica.

Uno degli aspetti più difficili nello sviluppo di robot durevoli, adattabili e agili è la gestione della temperatura interna dei robot. Secondo Shepherd, il robot funzionerà male o si fermerà completamente se i motori ad alta densità di coppia e i motori esotermici responsabili dell'alimentazione di un robot si surriscaldano.

Questo problema è particolarmente presente nei robot morbidi poiché sono realizzati in materiale sintetico. I robot morbidi sono più flessibili, ma questa maggiore flessibilità fa sì che trattengano il calore. Questo non è il caso dei metalli, che dissipano il calore molto più velocemente. Il problema con una tecnologia di raffreddamento interna, come una ventola, è che occuperebbe troppo spazio all'interno del robot e ne aumenterebbe il peso. 

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

"La capacità di sudare è una delle caratteristiche più notevoli degli esseri umani", ha detto il co-autore principale TJ Wallin, un ricercatore di Facebook Reality Labs. “La sudorazione sfrutta la perdita di acqua evaporata per dissipare rapidamente il calore e può raffreddarsi al di sotto della temperatura ambiente. ... Quindi, come spesso accade, la biologia ha fornito un'ottima guida per noi ingegneri ".

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

I ricercatori hanno quindi fabbricato attuatori simili a dita composti da due materiali idrogel in grado di trattenere l'acqua e rispondere alla temperatura. Un altro modo di vedere la cosa è che si trattava di spugne "intelligenti". Lo strato di base è costituito da poli-N-isopropilacrilammide, che reagisce a temperature superiori a 30°C (86°F) restringendosi. Questa reazione comprime l'acqua in uno strato superiore di poliacrilammide che è perforato con pori di dimensioni micron. I pori reagiscono allo stesso intervallo di temperatura e rilasciano il “sudore” dilatandosi automaticamente prima di chiudersi quando la temperatura scende sotto i 30°C.

Quando l'acqua evapora, la temperatura superficiale dell'attuatore si riduce di 21°C in 30 secondi. Questo processo di raffreddamento è tre volte più efficiente di quello umano, secondo i ricercatori. Se esposti al vento di una ventola, gli attuatori possono raffreddarsi circa sei volte più velocemente.

Uno dei problemi con la tecnologia è che può influenzare la mobilità di un robot. I robot sono inoltre tenuti a rifornire la loro riserva d'acqua. Per questo motivo, Shepherd immagina robot morbidi che alla fine suderanno e berranno come mammiferi. 

Il nuovo sviluppo di questa tecnologia segue un modello molto evidente all'interno dell'industria della robotica. La tecnologia viene sempre più sviluppata in base al nostro ambiente naturale. Che si tratti del processo di raffreddamento della sudorazione presente nei mammiferi, reti neurali basate su meduse lunari, o pelle artificiale, la robotica è un campo che per molti versi si basa su ciò che già abbiamo in natura.