Robotul moale transpiră pentru a regla temperatura

Cercetătorii de la Universitatea Cornell au dezvoltat un mușchi robotic moale care este capabil să-și regleze temperatura prin transpirație. Noua descoperire este una dintre multe care transformă domeniul roboticii moi.

Tehnica de management termic este o parte fundamentală a creării unor roboți fără fir, cu putere ridicată, care pot opera timp îndelungat fără a se supraîncălzi.

Proiectul a fost condus de Rob Shepherd, profesor asociat de inginerie mecanică și aerospațială la Cornell.

Articolul echipei, intitulat “Transpirație automată în actuatori hidrogel 3D imprimați”, a fost publicat în Science Robotics.

Una dintre cele mai dificile aspecte ale dezvoltării unor roboți durabili, adaptați și agili este gestionarea temperaturii interne a roboților. Conform lui Shepherd, robotul va funcționa defectuos sau se va opri complet dacă motoarele cu densitate ridicată de cuplu și motoarele exoterme responsabile de alimentarea unui robot se supraîncălzesc.

Acest problemă este mai accentuată în roboții moi, deoarece aceștia sunt fabricați din material sintetic. Roboții moi sunt mai flexibili, dar această flexibilitate crescută îi face să rețină căldură. Acest lucru nu se aplică metalelor, care disipă căldură mult mai repede. Problema tehnologiei de răcire interne, cum ar fi un ventilator, este că ar ocupa prea mult spațiu în interiorul robotului și ar crește greutatea.

Având în vedere aceste provocări, echipa lui Shepherd s-a inspirat din abilitatea naturală a mamiferelor de a transpira pentru a crea un sistem de răcire.

“Capacitatea de a transpira este una dintre cele mai remarcabile caracteristici ale oamenilor”, a declarat co-autorul principal T.J. Wallin, cercetător științific la Facebook (META ) Reality Labs. “Transpirația folosește pierderea de apă evaporată pentru a disipa rapid căldură și poate răci sub temperatura ambientală. … Așadar, așa cum se întâmplă adesea, biologia a oferit un ghid excelent pentru noi, ingineri.”

Echipa lui Shepherd a colaborat cu laboratorul profesorului de inginerie de la Cornell, Emmanual Giannelis. Împreună, au creat materiale nanopolimerice necesare pentru transpirație. Acestea au fost dezvoltate utilizând o tehnică de imprimare 3D numită stereolitografie multi-material, care se bazează pe lumină pentru a solidifica rășina în forme pre-proiectate.

Cercetătorii au fabricat apoi actuatori sub formă de degete, compuși din două materiale hidrogel care pot reține apă și răspunde la temperatură. O altă modalitate de a privi acestea este ca fiind “sponge inteligente”. Stratul de bază este format din poli-N-isopropilacrilamidă, care reacționează la temperaturi peste 30°C (86°F) prin contractare. Această reacție stoarce apa într-un strat superior de poliacrilamidă perforat cu pori de microni. Porii reacționează la aceeași gamă de temperatură și eliberează “transpirația” prin dilatare automată înainte de a se închide atunci când temperatura scade sub 30°C.

Atunci când apa se evaporă, temperatura suprafeței actuatorului scade cu 21°C în 30 de secunde. Acest proces de răcire este de trei ori mai eficient decât cel din corpul uman, conform cercetătorilor. Atunci când este expus la vânt de la un ventilator, actuatorii pot răci de aproximativ șase ori mai repede.

Una dintre problemele tehnologiei este că poate afecta mobilitatea robotului. Roboții necesită, de asemenea, să-și reîncarce aprovizionarea cu apă. Din cauza acestui fapt, Shepherd își imaginează roboți moi care vor transpira și vor bea, la fel ca mamiferele.

Noua dezvoltare a acestei tehnologii urmează un model foarte evident în industria roboticii. Tehnologia este din ce în ce mai mult dezvoltată pe baza mediului nostru natural. Indiferent dacă este vorba de procesul de răcire prin transpirație prezent în mamifere, rețele neuronale bazate pe meduze lunare sau piele artificială, robotica este un domeniu care, în multe feluri, se bazează pe ceea ce avem deja în natură.