М’який робот потіє, щоб регулювати температуру

Дослідники з Корнельського університету створили м’який роботизований м’яз, який здатний регулювати свою температуру через потіння. Ця нова розробка є однією з багатьох, які трансформують галузь м’якої робототехніки.

Техніка теплового менеджменту є фундаментальною частиною створення бездротових, високопотужних роботів, які能够 працювати протягом тривалого часу без перегріву.

Проектом керував Роб Шепард, асоційований професор механічної та аерокосмічної інженерії в Корнеллі.

Стаття команди під назвою “Автоматичне потіння в 3D-друкованих гідрогельних актуаторах” була опублікована в Science Robotics.

Одним з найважчих аспектів створення довговічних, адаптивних і агільних роботів є управління внутрішньою температурою робота. За словами Шепарда, робот буде неправильно працювати або зовсім зупиниться, якщо високоторкові двигуни і екзотермічні двигуни, відповідальні за роботу робота, перегріються.

Ця проблема особливо актуальна для м’яких роботів, оскільки вони виготовлені з синтетичних матеріалів. М’які роботизовані пристрої більш гнучкі, але ця підвищена гнучкість призводить до того, що вони тримають тепло. Це не так для металів, які швидко розсіюють тепло. Проблема з внутрішньою технологією охолодження, chẳng hạn як вентилятор, полягає в тому, що вона займає занадто багато місця всередині робота і збільшує його вагу.

З урахуванням цих проблем команда Шепарда звернулася до ссавців і їхньої природної здатності потіти як джерела натхнення для системи охолодження.

“Спроможність потіти є однією з найвидатніших особливостей людини”, – сказав співавтор Т.Дж. Воллін, науковий співробітник Facebook (META ) Reality Labs. “Потіння використовує випаровування води для швидкого розсіювання тепла і може охолоджувати нижче температури навколишнього середовища. … Тому, як часто буває, біологія надала нам чудове керівництво як інженерам”.

Команда Шепарда співпрацювала з лабораторією професора Корнельського університету Еммануеля Джаннеліса. Разом вони створили нанополімерні матеріали, необхідні для потіння. Вони розробили ці матеріали за допомогою техніки 3D-друку під назвою багатома terialна стереолітографія, яка використовує світло для полімеризації смоли у попередньо визначені форми.

Дослідники потім виготовили актуатори у вигляді пальців, які складалися з двох гідрогельних матеріалів, здатних утримувати воду і реагувати на температуру. Інший спосіб подивитися на це – це “розумні” губки. Основний шар складається з полі-N-ізопропілакриламіду, який реагує на температури вище 30°C (86°F) шляхом скорочення. Ця реакція стискає воду у верхній шар поліакриламіду, який має мікронні пори. Пори реагують на той же діапазон температур і випускають “пот” шляхом автоматичного розширення перед закриттям, коли температура падає нижче 30°C.

Коли вода випаровується, температура поверхні актуатора знижується на 21°C протягом 30 секунд. Цей процес охолодження в три рази більш ефективний, ніж у людей, за словами дослідників. Коли актуатори піддаються дії вітру від вентилятора, вони можуть охолоджуватися приблизно в шість разів швидше.

Одним з питань цієї технології є те, що вона може вплинути на рухливість робота. Роботам також потрібно поповнювати запас води. Через це Шепард бачить м’яких роботів, які будуть як потіти, так і пити, як ссавці.

Нова розробка цієї технології слідує досить очевидному шаблону в галузі робототехніки. Технологія все частіше розробляється на основі нашої природної середовища. Чи це процес охолодження потіння, присутній у ссавців, нейронні мережі на основі медузи, або штучна шкіра, робототехніка – це галузь, яка багатьма способами будується на тому, що у нас вже є в природі.