Как раз в то время, когда казалось, что роботы не могут стать круче, исследователи Корнельского университета создали мягкую роботизированную мышцу, которая может регулировать свою температуру посредством потоотделения.
Эта форма управления температурным режимом является основным строительным блоком, позволяющим непривязанным, мощным роботам работать в течение длительных периодов времени без перегрева, по словам Роба Шеперда, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Корнелле, который возглавлял проект.
Документ группы «Автономное потоотделение в гидрогелевых приводах, напечатанных на 3D-принтере», опубликованный в журнале Science Robotics.
По словам Шепарда, одним из препятствий для создания выносливых, адаптируемых и гибких роботов является управление внутренней температурой роботов. Если двигатели с высокой плотностью крутящего момента и экзотермические двигатели, приводящие в действие робота, перегреются, робот перестанет работать.
Это особая проблема для мягких роботов, которые сделаны из синтетических материалов. Хотя они более гибкие, они удерживают тепло, в отличие от металлов, которые быстро рассеивают тепло. Внутренние технологии охлаждения, такие как вентилятор, могут не помочь, потому что они будут занимать место внутри робота и увеличивать вес.
Итак, команда Шеперда черпала вдохновение в естественной системе охлаждения, существующей у млекопитающих: потоотделении.
«Способность потеть - одна из самых замечательных черт человека», - сказал соавтор Т. Дж. Валлин, научный сотрудник Facebook Reality Labs. «Потоотделение использует потерю испаряемой воды для быстрого рассеивания тепла и может охлаждать ниже температуры окружающей среды.… Так что, как это часто бывает, биология послужила нам, как инженерам, отличным руководством».
Команда Шепарда сотрудничала с лабораторией профессора инженерии Корнелльского университета Эммануэля Джаннелиса, чтобы создать необходимые нанополимерные материалы для потоотделения с помощью технологии 3D-печати, называемой мультиматериальной стереолитографией, которая использует свет для отверждения смолы в заранее разработанные формы.
Исследователи изготовили пальцеобразные приводы, состоящие из двух гидрогелевых материалов, которые могут удерживать воду и реагировать на температуру - по сути, «умные» губки. Базовый слой, изготовленный из поли-N-изопропилакриламида, реагирует на температуру выше 30°C (86°F) усадкой, в результате чего вода выдавливается в верхний слой полиакриламида, перфорированный порами микронного размера. Эти поры чувствительны к одному и тому же диапазону температур и автоматически расширяются, чтобы выпустить «пот», а затем закрываются, когда температура падает ниже 30 C.
Испарение этой воды снижает температуру поверхности привода на 21 C в течение 30 секунд, процесс охлаждения примерно в три раза эффективнее, чем у людей, как обнаружили исследователи. Приводы могут остывать примерно в шесть раз быстрее при воздействии ветра от вентилятора.
Одним из недостатков технологии является то, что она может препятствовать мобильности робота. Роботы также нуждаются в пополнении запасов воды, что натолкнуло Шеперда на мысль о мягких роботах, которые когда-нибудь будут не только потеть, как млекопитающие, но и пить, как они.