Ученые создали потеющих роботов

Исследователи из Корнеллского университета предложили новое решение для роботов, имитирующее биологические системы млекопитающих. Способность потеть мы приобрели для улучшения терморегуляции — и для той же цели этому научили робомускул. По словам авторов работы, статья о результатах которой вышла в журнале Science Robotics, такие способности могут помочь роботам высокой мощности долго и напряженно работать без перегрева.

По словам руководителя исследовательской группы Роба Шеперда, недостаточно эффективное управление внутренней температурой — одно из серьезных препятствий для создания устойчиво работающих роботов с мягкими гибкими телами. Их двигатели, как и у любых автоматических систем, сильно нагреваются во время работы. Но если металлические промышленные роботы легче оснащаются механическими системами охлаждения, то у роботов из синтетических материалов, кроме сложности с размещением и весом таких систем, есть еще одна проблема. Мягкие материалы обладают более низкой теплопроводностью, из-за чего, быстро нагревшись, очень медленно остывают. Такой «роботермос» будет либо громоздким и тяжелым из-за дополнительных систем охлаждения, либо постоянно выходить из строя от перегрева.

Авторы адаптировали нашу способность к терморегуляции через потоотделение для роботов. «Способность потеть — одна из самых замечательных черт человека. Потоотделение использует потерю испаренной воды для быстрого рассеивания тепла и может охлаждать ниже температуры окружающей среды», — поясняет один из ведущих авторов работы Т. Дж. Валлин.

Ученые спроектировали рукоподобный манипулятор из нанополимерных материалов для потоотделения, применив для их создания многокомпонентную стереолитографию — метод 3D-печати, использующий свет для отверждения смолы в предварительно разработанных формах.

Система, созданная командой, состоит 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, вытесняя воду в верхний слой полиакриламида. Этот верхний пористый слой пронизан отверстиями микронного диаметра. Такие поры тоже чувствительны к этому температурному диапазону: они автоматически расширяются для выделения «пота», а затем закрываются, когда температура падает ниже 30 °С.

Исследователи обнаружили, что испарение этой воды снижает температуру поверхности мягкой «робомышцы» 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 по сравнению с охлаждением, которое может дать обычный механический вентилятор-кулер.

Пока говорить о готовности к использованию новой технологии рано: при всем изяществе решения к ней еще остается много вопросов. Важный вопрос: как совместить ее с мобильностью робота? При ее использовании автоматом ему постоянно потребуется пополнять запас воды, следовательно, он будет всегда к ней привязан. Кроме того, сам процесс восполнения жидкости еще не отработан. Ученые предполагают, что в будущем можно представить себе мягких роботов, которые не только потеют, как млекопитающие, но и пьют, как они.