Ces robots doux `` transpirent '' pour rester au frais

Vidéo des robots mous transpirant.

Une équipe internationale de scientifiques a développé une main robotique douce qui transpire littéralement en réponse à une chaleur excessive. Ce concept innovant pourrait améliorer la durabilité et l'endurance des robots, tout en leur permettant de travailler dans des environnements extrêmes.

Une main robotique douce qui transpire pour rester au frais fait l'objet de nouvelles recherches publiées aujourd'hui dans Science Robotics. Développés par des chercheurs de l'Université Cornell, de Facebook Reality Labs et du Center for Micro-BioRobotics de Pise, en Italie, les robots maintiennent une température «corporelle» stable en libérant de la sueur à travers de minuscules pores . Ce concept n'en est encore qu'à ses débuts, mais cela pourrait conduire à un assortiment de robots capables de fonctionner pendant de longues périodes sans risque de surchauffe.

En effet, les robots avec des formes de thermorégulation inadéquates pourraient faire face à de graves problèmes à l'avenir, soit par la surchauffe de leurs composants internes, soit parce qu'ils sont envoyés dans des environnements chauds, comme en usine. De mauvaises stratégies de refroidissement peuvent avoir un effet néfaste sur la durabilité et l'intégrité des matériaux et les performances du robot lui-même. Les auteurs de la nouvelle étude ont mis au point une solution s'inspirant directement de la biologie, à savoir les remarquables pouvoirs de refroidissement fournis par la transpiration.

«Il s'avère que la capacité de transpirer est l'une des caractéristiques les plus remarquables de l'homme», a expliqué Thomas Wallin, ingénieur et co-auteur de la nouvelle étude, lors d'une conférence de presse tenue hier. «Nous ne sommes pas les animaux les plus rapides, mais les premiers humains ont connu le succès en tant que chasseurs persistants. La combinaison de la transpiration, de l'absence de poils relative et d'une démarche bipède à droite nous a permis d'épuiser physiquement nos proies lors de poursuites prolongées.

Angles de flexion du doigt robotique souple, alimenté par la pression de l'air.

Dans un courriel adressé à Gizmodo, Wallin a déclaré que les coureurs de marathon d'élite, dans les bonnes conditions, peuvent perdre 3,5 litres (0,93 gallons) de sueur en une heure. Cela représente «environ 2,4 kWatts d'énergie, ce qui est plus que de nombreux appareils ménagers», a-t-il déclaré. En plus de l'eau ayant une faible enthalpie (la quantité d'énergie dans un système thermodynamique), l'évaporation «peut abaisser la température d'un objet en dessous de l'environnement ambiant», a déclaré Wallin. D'autres processus de dissipation, à savoir la conduction, la convection et le rayonnement, ne sont «efficaces que lorsque l'environnement est plus frais que le corps», a déclaré Wallin à Gizmodo.

Ces considérations ont conduit à la construction d'un robot en forme de ballon conçu délibérément pour fuir de l'eau, mais uniquement lorsque sa température dépasse un certain seuil. Pour fabriquer le robot, les chercheurs ont imprimé en 3D des actionneurs fluidiques fabriqués à partir d'hydrogels, en particulier un matériau appelé poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAm). Les actionneurs en forme de doigt contenaient une quantité décente d'eau dans sa couche inférieure qui, une fois remplie, absorbait la chaleur. La couche supérieure contenait des micropores qui permettaient des fuites hydrauliques.

Le PNIPAm réagit à la température, de sorte que les capteurs ou autres composants n'étaient pas nécessaires. Lorsque la température était inférieure à 30 degrés Celsius (86 degrés Fahrenheit), les pores restaient fermés, mais au-dessus de cela, les micropores se dilataient, permettant au fluide sous pression de s'écouler.

«Notre conception est un exemple d'intelligence incarnée», a déclaré Wallin à Gizmodo. «Contrairement à un squelette qui fuit, nos pores s'ouvrent et se ferment de manière réversible en raison d'une réponse du matériau aux variations de température. Nos actionneurs transpirent uniquement lorsqu'ils ont besoin de refroidir. »

La main robotique en sueur au travail, saisissant et abaissant la température de différents objets chauds.

Lors des tests, les robots transpirants ont été exposés au vent d'un ventilateur, révélant un taux de refroidissement six fois meilleur que les contrôles sans transpiration. «Les performances thermorégulatrices mesurées de ces actionneurs de transpiration dépassent largement la capacité de refroidissement par évaporation trouvée dans les meilleurs systèmes animaux», notent les auteurs dans leur étude, en référence à la fois aux humains et aux chevaux. Les doigts robotiques étaient également capables de saisir et de refroidir par la suite une variété d'objets chauffés.

«C'est de la recherche fondamentale fondamentale. Mais, nous savons que, à l'avenir, les robots auront des moteurs et des actionneurs à haute densité de couple et ... ils seront internalisés dans des structures souples qui sont thermiquement isolantes », a déclaré Wallin à Gizmodo. Cette nouvelle solution "se trouvera éventuellement dans des robots capables de fonctionner pendant de longues périodes sans surchauffe", a-t-il déclaré.

Certaines limites ont cependant été observées. Lorsqu'ils étaient mouillés, les actionneurs étaient glissants, ce qui pouvait rendre la préhension difficile. Et comme les robots fuyaient régulièrement du liquide, ils ont fini par manquer d'eau. Les chercheurs recherchent actuellement des solutions à ces problèmes, mais dans le cas d'un manque d'eau, les futurs robots pourraient simplement « boire» dans une station de remplissage.

Un autre problème a dû faire des fuites inattendues et une perte d'efficacité.

«En créant un actionneur microporeux pour la transpiration, nous avons remarqué une diminution de l'efficacité d'actionnement», a déclaré Wallin. «Les micropores laisseraient échapper une petite quantité de sueur même à des températures plus basses qui gênaient l'actionnement. Cependant, cette quantité était très faible par rapport à la perte d'eau à des températures plus élevées lorsque les pores étaient ouverts. »

En fin de compte, cependant, il s'agit d'une élégante étude de preuve de concept qui montre que les composants internes encombrants, lourds et coûteux, tels que les ventilateurs de refroidissement ou les radiateurs, ne sont pas nécessairement nécessaires pour garder les robots au frais. Cette solution se prête également à une flexibilité physique, idéale pour les robots souples.

Ces chercheurs sont donc tombés sur une solution distincte à un problème robotique. Nous avons tendance à considérer la transpiration comme une nécessité biologique regrettable et souvent puante , mais cette recherche suggère le contraire. Soyez fier de votre sueur! C'est un exploit d'ingénierie naturelle. 

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