Robot Mềm Đổ Mồ Hôi Để Điều Chỉnh Nhiệt Độ

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã phát triển một cơ bắp robot mềm có khả năng điều chỉnh nhiệt độ của nó thông qua việc đổ mồ hôi. Sự phát triển mới này là một trong nhiều sự phát triển đang biến đổi lĩnh vực robot mềm.

Kỹ thuật quản lý nhiệt là một phần cơ bản của việc tạo ra các robot không bị giới hạn, có công suất cao có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị quá nóng.

Dự án này được dẫn dắt bởi Rob Shepherd, giáo sư liên kết về kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Cornell.

Bài báo của nhóm có tiêu đề “Automatic Perspiration in 3D Printed Hydrogel Actuators” đã được xuất bản trên Science Robotics.

Một trong những khía cạnh khó khăn nhất của việc phát triển robot bền vững, thích ứng và linh hoạt là quản lý nhiệt độ bên trong của robot. Theo Shepherd, robot sẽ bị lỗi hoặc ngừng hoạt động hoàn toàn nếu động cơ có mật độ mô-men xoắn cao và động cơ exothermic chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cho robot quá nóng.

Vấn đề này đặc biệt tồn tại ở robot mềm vì chúng được làm từ vật liệu tổng hợp. Robot mềm linh hoạt hơn, nhưng sự linh hoạt tăng này khiến chúng giữ nhiệt. Điều này không xảy ra với kim loại, chúng散 nhiệt nhanh hơn. Vấn đề với công nghệ làm mát nội bộ, chẳng hạn như quạt, là nó sẽ chiếm quá nhiều không gian bên trong robot và tăng trọng lượng.

Với những thách thức này, nhóm của Shepherd đã tìm kiếm sự cảm hứng từ động vật có vú và khả năng tự nhiên của chúng để tạo ra một hệ thống làm mát.

“Khả năng đổ mồ hôi là một trong những tính năng đáng chú ý nhất của con người,” theo tác giả đồng dẫn T.J. Wallin, một nhà khoa học nghiên cứu tại Facebook (META ) Reality Labs. “Đổ mồ hôi tận dụng sự mất nước bốc hơi để nhanh chóng phân tán nhiệt và có thể làm mát dưới nhiệt độ môi trường xung quanh. … Vì vậy, như thường thấy, sinh học đã cung cấp một hướng dẫn tuyệt vời cho chúng tôi, những người kỹ sư.”

Nhóm của Shepherd đã hợp tác với phòng thí nghiệm của giáo sư kỹ thuật Cornell Emmanual Giannelis. Cùng nhau, họ đã tạo ra các vật liệu nanopolymer cần thiết cho việc đổ mồ hôi. Họ đã phát triển những vật liệu này bằng cách sử dụng một kỹ thuật in 3D gọi là lập thể đa vật liệu, dựa trên ánh sáng để làm cứng nhựa thành hình dạng đã thiết kế.

Các nhà nghiên cứu sau đó đã tạo ra các bộ phận giống như ngón tay được cấu tạo từ hai vật liệu hydrogel có khả năng giữ nước và phản ứng với nhiệt độ. Một cách khác để xem xét điều này là những “miếng bọt biển thông minh”. Lớp nền bao gồm poly-N-isopropylacrylamide, phản ứng với nhiệt độ trên 30°C (86°F) bằng cách co lại. Phản ứng này ép nước lên một lớp trên của polyacrylamide được đục lỗ bằng các lỗ có kích thước micromet. Các lỗ này phản ứng với cùng phạm vi nhiệt độ và chúng giải phóng “mồ hôi” bằng cách tự động giãn nở trước khi đóng lại khi nhiệt độ giảm xuống dưới 30°C.

Khi nước bốc hơi, nhiệt độ bề mặt của bộ phận giảm 21°C trong 30 giây. Quá trình làm mát này hiệu quả hơn ba lần so với quá trình ở người, theo các nhà nghiên cứu. Khi暴露 trong gió từ quạt, các bộ phận này có thể làm mát khoảng sáu lần nhanh hơn.

Một trong những vấn đề với công nghệ này là nó có thể ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của robot. Các robot cũng cần phải bổ sung nước. Vì vậy, Shepherd hình dung ra các robot mềm cuối cùng sẽ vừa đổ mồ hôi vừa uống giống như động vật có vú.

Sự phát triển mới của công nghệ này theo một khuôn mẫu rõ ràng trong ngành robot. Công nghệ đang ngày càng được phát triển dựa trên môi trường tự nhiên của chúng ta. Cho dù đó là quá trình làm mát bằng việc đổ mồ hôi có mặt ở động vật có vú, mạng nơ-ron dựa trên sứa mặt trăng, hoặc da nhân tạo, robot là một lĩnh vực được xây dựng theo nhiều cách dựa trên những gì chúng ta đã có trong tự nhiên.