Робот, изготовленный из мягких материалов, может контролировать температуру тела, используя принцип, аналогичный потоотделению, свойственный многим живым организмам.
Исследователи из Корнеллского университета разработали инновационное решение для роботов, вдохновленное биологическими системами млекопитающих. Как и у млекопитающих, потоотделение помогает регулировать температуру тела, и для достижения аналогичной цели робомускул был обучен имитировать этот процесс. В статье, посвященной результатам исследования вышла в журнале Science Robotics, подобные характеристики позволяют роботам с высокой производительностью функционировать продолжительное время в интенсивном режиме, избегая перегрева.
По мнению руководителя исследовательской группы Роба Шеперда, неоптимальное регулирование внутренней температуры является одним из ключевых факторов, затрудняющих создание надежных роботов с мягкой, податливой конструкцией. Их двигатели, как и у любой автоматизированной системы, подвергаются нагреву в процессе эксплуатации. Если металлические промышленные роботы проще оборудуют механическими системами охлаждения, то для роботов, изготовленных из синтетических материалов, помимо сложностей с размещением и увеличением веса таких систем, существует еще одна проблема. Мягкие материалы характеризуются низкой теплопроводностью, что приводит к быстрому нагреву и замедленному охлаждению. Такой «роботермос» либо будет громоздким и тяжелым из-за необходимости установки дополнительных систем охлаждения, либо будет постоянно выходить из строя вследствие перегрева.
Используя нашу естественную способность к терморегуляции посредством потоотделения, разработчики создали аналогичную систему для роботов. По словам одного из ведущих авторов исследования, Т. Дж. Валлина, «способность к потоотделению – одно из самых ценных качеств человека. Этот процесс использует испарение воды для эффективного снижения температуры тела, позволяя охлаждаться даже ниже температуры окружающей среды.
Разработанный учеными манипулятор, имитирующий движения руки, изготовлен из нанополимерных материалов, чувствительных к потоотделению. Для его создания применялся метод стереолитографии — разновидность 3D-печати, использующая свет для отверждения смолы в заданных формах.
Разработанная группой специалистов система включает в себя два гидрогелевых материала, способных удерживать влагу и изменять свои свойства под воздействием температуры. Нижний слой, созданный на основе поли-N-изопропилакриламида, сжимается при нагревании выше 30°C, высвобождая воду во верхний слой полиакриламида. Этот верхний пористый слой содержит отверстия микронного размера. Поры также чувствительны к указанному температурному диапазону: они автоматически увеличиваются для выделения влаги, а затем сужаются, когда температура опускается ниже 30 °С.
По результатам исследований, испарение воды приводит к снижению температуры поверхности мягкой «робомышцы» на 21 °C за 30 секунд. Эффективность этого процесса охлаждения в три раза выше, чем у человека. Охлаждение приводов происходит приблизительно в шесть раз быстрее, чем при использовании обычного вентилятора.
О выводах о пригодности новой технологии для практического применения сейчас говорить преждевременно: несмотря на ее продуманность, к ней остается немало нерешенных вопросов. Один из ключевых: как интегрировать ее с мобильностью робота? Ее применение подразумевает постоянную необходимость пополнения запаса воды, что ограничивает свободу передвижения. Помимо этого, сам процесс восполнения жидкости пока не оптимизирован. Исследователи допускают, что в перспективе можно создать мягких роботов, которые будут не только выделять жидкость, подобно млекопитающим, но и потреблять ее, как они.