Proprio quando sembrava che i robot non potessero essere più cool, I ricercatori della Cornell hanno creato un muscolo robot morbido in grado di regolare la sua temperatura attraverso la sudorazione.

Questa forma di gestione termica è un elemento costitutivo di base per consentire il libero accesso, robot ad alta potenza per operare per lunghi periodi di tempo senza surriscaldarsi, secondo Rob Shepherd, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale, che ha guidato il progetto.

La carta della squadra, "Sudorazione autonoma negli attuatori di idrogel stampati in 3D, " pubblicato il 29 gennaio in Robotica scientifica .

Uno degli ostacoli per rendere duraturo, robot adattabili e agili gestisce la temperatura interna dei robot, secondo Pastore, l'autore senior del documento. Se i motori ad alta densità di coppia e i motori esotermici che alimentano un robot si surriscaldano, il robot cesserà di funzionare.

Questo è un problema particolare per i robot morbidi, che sono fatti di materiali sintetici. Mentre più flessibile, trattengono il loro calore, a differenza dei metalli, che disperdono rapidamente il calore. Una tecnologia di raffreddamento interno, come un tifoso, potrebbe non essere di grande aiuto perché occuperebbe spazio all'interno del robot e aggiungerebbe peso.

Così il team di Shepherd si è ispirato al sistema di raffreddamento naturale che esiste nei mammiferi:la sudorazione.

"La capacità di sudare è una delle caratteristiche più notevoli degli esseri umani, ", ha affermato il co-autore principale T.J. Wallin, SM. '16, dottorato di ricerca '18, un ricercatore presso Facebook Reality Labs. "La sudorazione sfrutta la perdita di acqua evaporata per dissipare rapidamente il calore e può raffreddarsi al di sotto della temperatura ambiente ambientale... Così come spesso accade, la biologia ha fornito un'eccellente guida per noi ingegneri."

Il team di Shepherd ha collaborato con il laboratorio di Emmanuel Giannelis, il Walter R. Read Professore di Ingegneria, creare i materiali nanopolimerici necessari per la sudorazione tramite una tecnica di stampa 3D chiamata stereolitografia multimateriale, che utilizza la luce per polimerizzare la resina in forme predefinite.

"Il nostro contributo è la realizzazione di miscele di nanoparticelle e materiali polimerici che sostanzialmente ci consentono di controllare la viscosità, o flusso, di questi fluidi, "disse Giannelli, anche vice rettore di Cornell per la ricerca e vicepresidente per il trasferimento tecnologico, proprietà intellettuale e politica della ricerca.

I ricercatori hanno fabbricato attuatori simili a dita composti da due materiali idrogel che possono trattenere l'acqua e rispondere alla temperatura, in effetti, spugne "intelligenti". Lo strato di base, in poli-N-isopropilacrilammide, reagisce a temperature superiori a 30 C (86 F) restringendosi, che spreme l'acqua in uno strato superiore di poliacrilammide perforato con pori di dimensioni micron. Questi pori sono sensibili allo stesso intervallo di temperatura e si dilatano automaticamente per rilasciare il "sudore, " poi chiudere quando la temperatura scende sotto i 30 C.

L'evaporazione di quest'acqua riduce la temperatura superficiale dell'attuatore di 21 C entro 30 secondi, un processo di raffreddamento che è circa tre volte più efficiente che negli esseri umani, i ricercatori hanno scoperto. Gli attuatori sono in grado di raffreddarsi circa sei volte più velocemente se esposti al vento di una ventola.

"La parte migliore di questa strategia sintetica è che le prestazioni di regolazione termica si basano sul materiale stesso, " ha detto Wallin. "Non avevamo bisogno di sensori o altri componenti per controllare il tasso di sudorazione. Quando la temperatura locale è salita al di sopra della transizione, i pori si aprirebbero e si chiuderebbero semplicemente da soli."

Il team ha incorporato le dita dell'attuatore in una mano robotica in grado di afferrare e sollevare oggetti, e si sono resi conto che la sudorazione autonoma non solo raffreddava la mano, ma ha anche abbassato la temperatura dell'oggetto. Mentre la lubrificazione potrebbe rendere scivolosa la mano di un robot, Shepherd afferma che le modifiche alla trama dell'idrogel potrebbero compensare migliorando la presa della mano, proprio come le rughe sulla pelle.

Uno svantaggio della tecnologia è che può ostacolare la mobilità di un robot. C'è anche bisogno che i robot riforniscano la loro scorta d'acqua, che ha portato Shepherd a immaginare robot morbidi che un giorno non solo suderanno come mammiferi, ma bevi come loro, pure.

La capacità di un robot di secernere fluidi potrebbe anche portare a metodi per assorbire i nutrienti, reazioni catalizzatrici, rimozione di contaminanti e rivestimento della superficie del robot con uno strato protettivo, hanno scritto i ricercatori.

"Penso che il futuro della produzione di questi materiali e robot più biologicamente analoghi si baserà sulla composizione del materiale, "Ha detto Shepherd. "Questo solleva un punto [sull'importanza della] ricerca multidisciplinare in questo settore, dove in realtà nessun gruppo ha tutte le risposte."

Altri contributori includevano il socio postdottorato e l'autore co-leader Anand Mishra; associato postdottorato Wenyang Pan; la dottoranda Patricia Xu; e Barbara Mazzolai del Centro di Micro-BioRobotica dell'Istituto Italiano di Tecnologia.