소프트 로봇, 땀을 통해 온도 조절

콘奈尔 대학교(Cornell University)의 연구자들은 땀을 통해 온도를 조절할 수 있는 소프트 로봇 근육을 개발했습니다. 이 새로운 기술은 소프트 로봇 분야를変化시키는 많은 기술 중 하나입니다.

열 관리 기술은 장시간 동안 과열되지 않고 작동할 수 있는 무선, 고출력 로봇을 생성하는 데 기본적인 부분입니다.

이 프로젝트는 콘奈尔 대학교의 기계 및 항공 우주 공학 부교수인 Rob Shepherd가 주도했습니다.

팀의 논문인 “3D 프린팅 하이드로겔 액추에이터의 자동 발한”은 Science Robotics에 발표되었습니다.

내구성, 적응성, 민첩성이 뛰어난 로봇을 개발하는 가장 어려운 측면 중 하나는 로봇의 내부 온도를 관리하는 것입니다. Shepherd에 따르면, 로봇을 구동하는 고토크 밀도 모터와 발열 엔진이 과열되면 로봇이 고장나거나 완전히停止할 수 있습니다.

이 문제는 특히 소프트 로봇에서 발생합니다. 소프트 로봇은 합성 재료로 만들어져서 더 유연하지만, 이로 인해 열을 더 잘 유지합니다. 금속과 달리 금속은 열을 훨씬 더 빠르게 방출합니다. 내부 냉각 기술, 예를 들어 팬의 경우, 로봇 내부에 너무 많은 공간을 차지하고 로봇의 무게를 증가시킬 것입니다.

이러한 도전을 염두에 두고, Shepherd의 팀은 발한 능력이 뛰어난 포유류를냉각 시스템의 영감으로 사용했습니다.

“발한 능력은 인간의 가장 놀라운 특징 중 하나입니다.”라고 공동 저자 T.J. Wallin, 페이스북 리얼리티 랩스의 연구 과학자가 말했습니다. “発한은 증발된 물의 손실을 이용하여 빠르게 열을 방출하고 주변 환경 온도보다 낮은 온도로 냉각할 수 있습니다. … 따라서 생물학은 우리 엔지니어들에게 훌륭한 지침을 제공했습니다.”

Shepherd의 팀은 콘奈尔 대학교의 공학 교수인 Emmanual Giannelis의 연구실과 협력했습니다. 함께 그들은 발한에 필요한 나노 폴리머 재료를 만들었습니다. 그들은 이를 3D 프린팅 기술인 멀티 물질 스테레오 리소그래피를 사용하여 개발했습니다. 이 기술은 빛을 이용하여 레진을 사전 설계된 모양으로 경화시킵니다.

연구자들은 물을 유지하고 온도에 반응할 수 있는 두 가지 하이드로겔 재료로 구성된 손가락 같은 액추에이터를 제작했습니다. 이것은 “스마트” 스펀지라고 볼 수 있습니다. 기저 층은 30°C(86°F) 이상의 온도에서 수축하는 폴리-N-이소프로필 아크릴 아미드(poly-N-isopropylacrylamide)로 구성되어 있습니다. 이 반응은 물을 위층으로 밀어 올립니다. 위층은 미세한 구멍이 있는 폴리아크릴 아미드(polyacrylamide)로 구성되어 있습니다. 구멍은 동일한 온도 범위에 반응하며, 온도가 30°C 아래로 떨어지면 자동으로 닫히는 동안 팽창하여 “汗”을 방출합니다.

물이 증발하면 액추에이터의 표면 온도는 30초 내에 21°Cลด습니다. 이 냉각 과정은 인간의 것보다 3배 더 효율적입니다. 팬으로부터 바람을 받으면 액추에이터는 약 6배 더 빠르게 냉각됩니다.

이 기술의 한 가지 문제는 로봇의 이동성을影响할 수 있다는 것입니다. 로봇은 또한 물 공급을 재충전해야 합니다. 이러한 이유로 Shepherd는 결국 땀을 흘리고 마시기처럼 동작하는 소프트 로봇을 상상합니다.

이 새로운 기술의 개발은 로봇 공학 분야에서 매우明显한 패턴을 따릅니다. 기술은 점점 더 자연 환경에 기반하여 개발되고 있습니다. 포유류에서 땀의 냉각 과정, 달팽이 네트워크, 또는 인공 피부와 같은 기술은 로봇 공학 분야가 자연에서 이미 가지고 있는 것을 기반으로 발전하고 있습니다.