Эффективная система охлаждения посредством потоотделения
В тот момент, когда казалось бы, что роботы из мягких материалов (пластика) не могут эффективно охлаждаться, исследователи из Корнельского университета, изобрели мягкие мышцы робота, которые могут работать как регуляторы температуры, напоминая потоотделение человека, с целью снижения нагревания.
По словам Роба Шеперда, который является доцентом и руководителем проекта механического и аэрокосмического машиностроения в Корнеле, именна эта система управления температурой является основной в развитии робототехники. Она позволяет механизмам роботов с высокими показателями мощности, выполнять работу на протяжении долгих периодов времени, без перегревов.
Работа группы «Autonomic Perspiration in 3D Printed Hydrogel Actuators» опубликована в популярном американском журнале Science Robotics.
По словам Шеперда, одно из основных препятствий на пути разработки устойчивых к перегревам нано роботов, является создание механизма, который сможет управлять их внутренней температурой. Если двигатели с высокими показателями частоты вращения и экзотермические моторы, которые отвечают за приведение робота в движение перегреваются, то робот моментально выходит из строя.
Эта проблема особенно касается роботов, которые выполнены из синтетических и пластиковых материалов. Будучи более мягкими, способными гнуться они дольше сохраняют и накапливают тепло, вместо того чтобы отдавать его во внешнюю среду, как это делает например железо, рассеивая его. Система внутреннего охлаждения при помощи вентиляторов (применяемая в компьюторах), не сильно эффективна, поскольку она занимет дополнительное место внутри робота и сильно увеличивает его вес (массу).
Итак , ребята из команды Шепарда взяли в качестве прототипа естественную (природную) систему охлаждения, существующую у большинства живых организмов - система потоотделения.
«Способность выделять пот - одна из самых замечательных функций организма человека» - сообщил ведущий автор "TJ Wallin", который является научным сотрудником "Facebook Reality Labs". Согласно его словам - «Когда организм потеет, он теряет частично испаренную воду для того чтобы быстро рассеивать тепло и может охлаждаться даже ниже температур окружающей среде. Так что именно природное, биологическое строение животного мира, послужило отличным руководством для современных инженеров».
Команда Шепарда и партнеры из лаборатории Эммануэля Джаннелиса, который является профессором инженерных наук Корнелла, создали необходимый нанополимерный материал для потовыделения. Материал моздан при помощи нанотехнологии 3D-печати, другими словами многокомпонентной стереолитографией, для работы которой используется свет для затвердения пластиковой смолы в предварительно разработанную форму.
Разработчики изготовили пальцевидный привод, состоящий из двух типов гидрогелевого материала, который сможет удерживать жидкость и проявлять реакцию на изменяющуюся температуру - по сути, «умные» губки. Базой послужил слой, который изготовлен из поли-N-изопропилакриламида, реагирующий на температурный показатель свыше 30° C (86 F) путем сжимания (усадки), которая далее вытесняет жидкость в верхние слои полиакриламида, который имеет перфорацию с порами микро размера. Эти поры имеют чувствительность к одним и тем же температурным диапазонам и производят автоматическое расширение для выделения «пота», а затем сужаются, когда температура снижается на отметку ниже 30° С.
Осталось научить робота пить воду!
В процессе разработки и долгих экспериментов ученые обнаружили, что испарение этой жидкости резко способствует снижению температуры поверхности приводов на 21° C за 30 секунд. Такой процесс охлаждения приблизительно до трех раз эффективнее, чем любой другой. Материалы робота способны охладиться приблизительно до шести раз быстрее, чем при при охлаждении от вентиляторов.
Конечно, у данной разработки есть и недостаток, который препятствует мобильности робота. Ну и так же необходимо регулярно пополнять запасы воды у робота. Это заставило Шепарда задуматься о разработке робота, который когда-нибудь будет не только потеть, как живой организм, но и научиться самостоятельно пить воду, как делаем все мы.
↩️ Последние новости и значимые события в мире робототехники
