软体机器人通过出汗来调节温度

康奈尔大学的研究人员已经开发出了一种软体机器人肌肉，能够通过出汗来调节其温度。这种新发展是软体机器人领域众多变革之一。

热管理技术是创建无线、 高功率机器人的一项基本技术，这些机器人能够在长时间内运行而不会过热。

该项目由康奈尔大学机械和航空工程系副教授 Rob Shepherd 领导。

该团队的论文《3D 打印水凝胶执行器中的自动出汗》发表在 Science Robotics 上。

开发持久、 适应性和敏捷机器人最困难的方面之一是管理机器人的内部温度。根据 Shepherd 的说法，如果高扭矩密度电机和外热引擎过热，机器人将出现故障或完全停止。

这个问题在软体机器人中尤其明显，因为它们由合成材料制成。软体机器人更具柔韧性，但这种增加的柔韧性使它们保留热量。这与金属不同，金属可以更快地散热。内部冷却技术（如风扇）的问题在于它将占用机器人内部太多空间并增加重量。

考虑到这些挑战，Shepherd 的团队将目光投向哺乳动物及其自然出汗能力，作为冷却系统的灵感。

“出汗的能力是人类最显著的特征之一，”Facebook (META ) Reality Labs 的研究科学家、联合首席作者 T.J. Wallin 说。“出汗利用蒸发的水损失来快速散热，可以使温度低于环境温度。… 因此，生物学为我们提供了一个优秀的指导，如往常一样。”

Shepherd 的团队与康奈尔工程教授 Emmanual Giannelis 的实验室合作。他们共同开发了出汗所需的纳米聚合物材料。他们使用了一种称为多材料立体光刻的 3D 打印技术，该技术依赖于光来固化树脂成预设计的形状。

研究人员然后制造了由两种水凝胶材料组成的指状执行器，这些材料可以保留水并对温度做出反应。另一种看待它的方式是，这些是“智能”海绵。底层由聚-N-异丙基丙烯酰胺组成，当温度超过 30°C（86°F）时会收缩。这种反应将水挤入上层的丙烯酰胺中，丙烯酰胺中有微米级的孔。这些孔对相同的温度范围做出反应，并通过自动扩张然后在温度下降到 30°C 以下时关闭来释放“汗水”。

当水蒸发时，执行器的表面温度在 30 秒内降低了 21°C。这一冷却过程比人类的冷却过程效率高三倍。根据研究人员的说法，当暴露在风扇的风中时，执行器可以冷却大约六倍快。

该技术的一个问题是，它会影响机器人的移动性。机器人还需要补充其水分供应。因此，Shepherd 想象着软体机器人，最终将像哺乳动物一样出汗和饮水。

这种新技术的发展遵循了机器人行业内的一个明显模式。技术越来越多地基于我们的自然环境。无论是哺乳动物中存在的出汗冷却过程、基于月亮水母的神经网络，还是 人工皮肤，机器人领域在很多方面都是建立在我们已经在自然界中拥有的基础上。