Ученые научили роботов потеть — Роботех

Ученые научили роботов потеть

При создании роботов ученые постоянно сталкиваются с необходимость избавления от избыточного тепла, которое вырабатывается во время работы двигателей. Но исследователи из Корнелла нашли отличный способ, позволяющий роботам охлаждаться. Они создали мягкую мышцу, которая может регулировать температуру посредством потоотделения.

По словам руководителя проекта Роба Шепарда , доцента механического и аэрокосмического машиностроения, который руководил проектом, эта форма терморегулирования является основным строительным блоком, позволяющим роботам высокой мощности работать в течение длительных периодов времени без перегрева, сообщает пресс-служба Корнелльского униврситета.

Доклад команды « Автономное потоотделение в 3D-печатных приводах гидрогеля » опубликован 29 января в журнале Science Robotics.

По словам Шеперда, одним из препятствий для создания устойчивых, адаптируемых и гибких роботов является управление внутренней температурой роботов. Если двигатели с высокой плотностью вращения и экзотермические двигатели, которые приводят робота в действие, перегреваются, робот перестанет работать.

Это особая проблема для мягких роботов, которые сделаны из синтетических материалов. Будучи более гибкими, они сохраняют тепло, в отличие от металлов, которые быстро рассеивают тепло. Технология внутреннего охлаждения, такая как вентилятор, может не сильно помочь, поскольку она займет место внутри робота и увеличит вес.

Итак, команда Шепарда черпала вдохновение из естественной системы охлаждения, существующей у млекопитающих: потливость.

Команда Шепарда в партнерстве с лабораторией  Эммануэля Джаннелиса, профессора инженерных наук Уолтера Р. Рида, создала необходимые нанополимерные материалы для потоотделения с помощью технологии 3D-печати, называемой многокомпонентной стереолитографией, которая использует свет для отверждения смолы в предварительно разработанные формы.

«Наш вклад заключается в создании смесей из наночастиц и полимерных материалов, которые в основном позволяют нам контролировать вязкость или поток этих жидкостей», — сказал Джаннелис.

Исследователи изготовили пальцевые приводы, состоящие из двух гидрогелевых материалов, которые могут удерживать воду и реагировать на температуру. Базовый слой, изготовленный из поли-N-изопропилакриламида, реагирует на температуру выше 30 °C путем усадки, сжимающей воду в верхний слой полиакриламида, который перфорирован с порами микронного размера. Эти поры чувствительны к одному и тому же температурному диапазону и автоматически расширяются для выделения «пота», а затем закрываются, когда температура падает ниже 30 °C.

Исследователи обнаружили, что испарение этой воды снижает температуру поверхности привода на 21 °C в течение 30 секунд. Процесс охлаждения примерно в три раза эффективнее, чем у людей. Приводы способны охлаждаться примерно в шесть раз быстрее при воздействии ветра от вентилятора.

«Лучшая часть этой синтетической стратегии заключается в том, что терморегуляторы основаны на самом материале. Нам не нужно было иметь датчики или другие компоненты для контроля скорости потоотделения. Когда локальная температура поднимается выше нормы, поры просто открываются и закрываются сами по себе», — сказал Валлин.

Команда включила пальцы привода в руку робота, которая могла захватывать и поднимать объекты, и они поняли, что автономное потоотделение не только охлаждает руку, но и понижает температуру объекта. В то время как смазка может сделать руку робота скользкой, Шепард говорит, что изменение текстуры гидрогеля может компенсировать ее, улучшая захват руки, почти как морщины на коже.

Одним из недостатков технологии является то, что она может препятствовать мобильности робота. Также необходимо, чтобы роботы пополняли запас воды, что заставило Шепарда представить себе мягких роботов, которые когда-нибудь не только потеют, как млекопитающие, но и пьют, как они.

Исследователи пишут, что способность робота секретировать жидкости может также привести к способам поглощения питательных веществ, катализирования реакций, удаления загрязнений и покрытия поверхности робота защитным слоем.

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *