Justo cuando parecía que los robots no podían enfriarse, Los investigadores de Cornell han creado un músculo robot blando que puede regular su temperatura a través del sudor.

Esta forma de gestión térmica es un componente básico para permitir sin ataduras, Robots de alta potencia para operar durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentamiento, según Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial, quien lideró el proyecto.

El papel del equipo, "Transpiración autónoma en actuadores de hidrogel impresos en 3D, "publicado el 29 de enero en Ciencia Robótica .

Uno de los obstáculos para hacer duradero robots adaptables y ágiles controlan la temperatura interna de los robots, según Shepherd, el autor principal del artículo. Si los motores de alta densidad de par y los motores exotérmicos que alimentan un robot se sobrecalientan, el robot dejará de funcionar.

Este es un problema particular para los robots blandos, que están hechos de materiales sintéticos. Si bien es más flexible, mantienen su calor, a diferencia de los metales, que disipan el calor rápidamente. Una tecnología de refrigeración interna, como un ventilador, Puede que no sea de mucha ayuda porque ocuparía espacio dentro del robot y agregaría peso.

Entonces, el equipo de Shepherd se inspiró en el sistema de enfriamiento natural que existe en los mamíferos:la sudoración.

"La capacidad de transpirar es una de las características más notables de los seres humanos, "dijo el coautor principal T.J. Wallin, SRA. 'dieciséis, Doctor. '18, científico investigador de Facebook Reality Labs. "La sudoración aprovecha la pérdida de agua evaporada para disipar rápidamente el calor y puede enfriar por debajo de la temperatura ambiental.… Así que, como suele ser el caso, la biología nos proporcionó una excelente guía como ingenieros ".

El equipo de Shepherd se asoció con el laboratorio de Emmanuel Giannelis, el Profesor de Ingeniería Walter R. Read, para crear los materiales nanopoliméricos necesarios para la transpiración a través de una técnica de impresión 3-D llamada estereolitografía multimaterial, que utiliza la luz para curar la resina en formas prediseñadas.

“Nuestro aporte es la elaboración de mezclas de nanopartículas y materiales poliméricos que básicamente nos permiten controlar la viscosidad, o fluir, de estos fluidos, "dijo Giannelis, también vicepresidente de investigación de Cornell y vicepresidente de transferencia de tecnología, política de propiedad intelectual e investigación.

Los investigadores fabricaron actuadores en forma de dedos compuestos de dos materiales de hidrogel que pueden retener agua y responder a la temperatura; de hecho, esponjas "inteligentes". La capa base, hecho de poli-N-isopropilacrilamida, reacciona a temperaturas superiores a 30 C (86 F) encogiéndose, que exprime el agua en una capa superior de poliacrilamida que está perforada con poros del tamaño de una micra. Estos poros son sensibles al mismo rango de temperatura y se dilatan automáticamente para liberar el "sudor, "luego cierre cuando la temperatura descienda por debajo de 30 C.

La evaporación de esta agua reduce la temperatura de la superficie del actuador en 21 C en 30 segundos, un proceso de enfriamiento que es aproximadamente tres veces más eficiente que en humanos, los investigadores encontraron. Los actuadores pueden enfriarse aproximadamente seis veces más rápido cuando se exponen al viento de un ventilador.

"La mejor parte de esta estrategia sintética es que el desempeño de la regulación térmica se basa en el propio material, "dijo Wallin." No necesitábamos tener sensores u otros componentes para controlar la tasa de sudoración. Cuando la temperatura local se elevó por encima de la transición, los poros simplemente se abrirían y cerrarían por sí mismos ".

El equipo incorporó los dedos del actuador en una mano robótica que podía agarrar y levantar objetos, y se dieron cuenta de que la sudoración autónoma no solo enfriaba la mano, pero también bajó la temperatura del objeto. Si bien la lubricación puede hacer que la mano de un robot sea resbaladiza, Shepherd dice que las modificaciones a la textura del hidrogel podrían compensar mejorando el agarre de la mano, al igual que las arrugas en la piel.

Una desventaja de la tecnología es que puede dificultar la movilidad de un robot. También existe la necesidad de que los robots repongan su suministro de agua, lo que ha llevado a Shepherd a imaginar robots blandos que algún día no solo transpirarán como mamíferos, pero bebe como ellos, también.

La capacidad de un robot para secretar fluidos también podría conducir a métodos para absorber nutrientes, reacciones catalizadoras, eliminar contaminantes y recubrir la superficie del robot con una capa protectora, escribieron los investigadores.

"Creo que el futuro de la fabricación de estos materiales y robots más biológicamente análogos dependerá de la composición del material, ", Dijo Shepherd." Esto trae a colación un punto [sobre la importancia de] la investigación multidisciplinaria en esta área, donde realmente ningún grupo tiene todas las respuestas ".

Otros colaboradores incluyeron al asociado postdoctoral y coautor principal Anand Mishra; asociado postdoctoral Wenyang Pan; la estudiante de doctorado Patricia Xu; y Barbara Mazzolai del Centro de MicrobioRobotics del Instituto Italiano de Tecnología.