โรบอทนุ่มมีเหงื่อเพื่อควบคุมอุณหภูมิ

นักวิจัยที่ มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ ได้พัฒนากระบวนการกล้ามเนื้อโรบอทนุ่มที่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ด้วยการเหงื่อ เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นหนึ่งในหลาย ๆ เทคโนโลยีที่กำลังเปลี่ยนแปลงสาขาโรบอทนุ่ม

เทคนิคการจัดการความร้อนเป็นส่วนสำคัญของการสร้างโรบอทที่ไม่ต้องเชื่อมต่อและสามารถทำงานได้นานโดยไม่ร้อนเกินไป

โครงการนี้ได้รับการนำโดย Rob Shepherd ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและอวกาศที่คอร์เนลล์

บทความวิจัยของทีมที่มีชื่อว่า “การเหงื่อแบบอัตโนมัติในเครื่องกระตุ้นไฮโดรเจล 3 มิติ” ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Robotics

สิ่งที่ยากที่สุดในการพัฒนาโรบอทที่ทนทานและคล่องตัวคือการจัดการอุณหภูมิภายในของโรบอท ตามคำกล่าวของ Shepherd โรบอทจะทำงานผิดปกติหรือหยุดทำงานทั้งหมดหากมอเตอร์ที่มีความหนาแน่นสูงและเครื่องยนต์ที่มีการเผาไหม้ภายในที่ใช้ในการขับเคลื่อนโรบอทมีอุณหภูมิสูงเกินไป

ปัญหานี้เกิดขึ้นอย่างมากในโรบอทนุ่มเนื่องจากพวกมันทำจากวัสดุซินเทติก โรบอทนุ่มมีความยืดหยุ่นมากขึ้น แต่ความยืดหยุ่นนี้ทำให้พวกมันเก็บความร้อนได้ ซึ่งไม่เหมือนกับโลหะที่สามารถกระจายความร้อนได้เร็วกว่า ปัญหาในการใช้เทคโนโลยีการทำความเย็นภายใน เช่น พัดลม คือจะใช้พื้นที่มากเกินไปภายในโรบอทและเพิ่มน้ำหนัก

ด้วยการคำนึงถึงความท้าทายเหล่านี้ ทีมของ Shepherd จึงมองหาสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและความสามารถในการเหงื่อตามธรรมชาติเป็นแรงบันดาลใจสำหรับระบบทำความเย็น

“ความสามารถในการเหงื่อเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่น่าประทับใจที่สุดของมนุษย์” T.J. Wallin นักวิจัยที่ Facebook (META ) Reality Labs กล่าว “การเหงื่อใช้การสูญเสียน้ำจากการระเหยเพื่อกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วและสามารถทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิในบรรยากาศได้ … ดังนั้นเหมือนกับกรณีอื่น ๆ วิทยาศาสตร์ชีวภาพจึงให้คำแนะนำที่ดีแก่เราในฐานะวิศวกร”

ทีมของ Shepherd ได้ร่วมมือกับห้องปฏิบัติการของ Emmanual Giannelis ศาสตราจารย์วิศวกรรมศาสตร์ของคอร์เนลล์ ร่วมกัน พวกเขาได้สร้างวัสดุนาโนพอลิเมอร์ที่จำเป็นสำหรับการเหงื่อ โดยใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบสเตอริโอลิธограฟีหลายวัสดุ ซึ่งพึ่งพาแสงในการทำให้เรซินมีรูปทรงที่ออกแบบไว้แล้ว

นักวิจัยได้สร้างเครื่องกระตุ้นรูปนิ้วที่ประกอบด้วยวัสดุไฮโดรเจลสองชนิดที่สามารถเก็บน้ำและตอบสนองต่ออุณหภูมิได้ อีกวิธีหนึ่งในการมองมันคือสไปจ์ “ฉลาด” ชั้นฐานประกอบด้วยพอลิ-N-ไอโซโพรพิลแอคริลาไมด์ ซึ่งตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 30 องศาเซลเซียสโดยการหดตัว การตอบสนองนี้บีบน้ำขึ้นสู่ชั้นบนของพอลิแอคริลาไมด์ที่มีรูพรุนขนาดไมโครเมตร รูพรุนเหล่านี้ตอบสนองต่อช่วงอุณหภูมิเดียวกันและปล่อย “เหงื่อ” โดยการขยายตัวอัตโนมัติก่อนที่จะปิดเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 30 องศาเซลเซียส

เมื่อน้ำระเหย อุณหภูมิผิวของเครื่องกระตุ้นลดลง 21 องศาเซลเซียสภายใน 30 วินาที กระบวนการทำความเย็นนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าการทำความเย็นในมนุษย์ถึง 3 เท่า ตามที่นักวิจัยกล่าว เมื่อถูกพัดลม เครื่องกระตุ้นสามารถทำความเย็นได้เร็วกว่าประมาณ 6 เท่า

หนึ่งในปัญหากับเทคโนโลยีนี้คือสามารถส่งผลต่อความสามารถในการเคลื่อนไหวของโรบอทได้ โรบอทยังต้องการการเติมน้ำอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ Shepherd จึงมองเห็นโรบอทนุ่มที่จะเหงื่อและดื่มน้ำเหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในอนาคต

การพัฒนเทคโนโลยีใหม่นี้เป็นไปตามรูปแบบที่ชัดเจนในอุตสาหกรรมโรบอท เทคโนโลยีถูกพัฒนาขึ้นโดยอาศัยสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นกระบวนการทำความเย็นของการเหงื่อในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เครือข่ายประสาทที่อิงจากแมงกระดูก หรือ ผิวหนังเทียม โรบอทเป็นสาขาที่สร้างขึ้นจากสิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติในหลาย ๆ ด้าน