涼しさを保つためのこれらのソフトロボット「汗」

ソフトロボットが発汗しているビデオ。

科学者の国際チームは、過剰な熱に反応して文字通り発汗するソフトロボットハンドを開発しました。この革新的なコンセプトは、ロボットの耐久性と耐久性を向上させると同時に、極端な環境での作業を可能にします。

汗をかいて涼しく保つソフトロボティックハンドは、本日サイエンスロボティクスで発表された新しい研究の主題です。コーネル大学、Facebook Reality Labs、イタリアのピサにあるMicro-BioRoboticsセンターの研究者によって開発されたロボットは、小さな毛穴から汗を放出することで、安定した「体」温度を維持します。このコンセプトはまだ初期の段階ですが、過熱のリスクなしに長期間動作できるロボットの品揃えにつながる可能性があります。

実際、体温調節が不十分なロボットは、内部コンポーネントの過熱によって、または工場出荷時の設定などの高温環境に送られるために、将来深刻な問題に直面する可能性があります。不十分な冷却戦略は、材料の耐久性と完全性、およびロボット自体のパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。T新しい研究の彼著者は、汗が提供する、すなわち顕著冷却力、生物学から直接インスピレーションを取った解決策を考案しました。

昨日行われた記者会見で、新しい研究のエンジニア兼共著者であるトーマス・ウォリンは、「発汗する能力は、人間の最も注目すべき特徴の1つであることがわかりました」と説明しました。「私たちは最速の動物ではありませんが、初期の人間は執拗なハンターとして成功を収めました。発汗、相対的な無毛、および直立した二足歩行の組み合わせにより、長時間の追跡で獲物を物理的に消耗させることができました。」

空気圧を動力源とするソフトロボティックフィンガーの曲げ角度。

ギズモードへのメールで、ウォリン氏は、エリートマラソンランナーは、適切な条件で、1時間に3.5リットル(0.93ガロン)の汗を失う可能性があると述べました。これは「約2.4kWattsのエネルギーであり、多くの家電製品よりも多い」と彼は語った。エンタルピー(熱力学系のエネルギー量)が低い水に加えて、蒸発は「物体の温度を周囲環境より低くすることができます」とウォリン氏は述べています。他の散逸プロセス、すなわち伝導、対流、および放射は、「環境が体よりも冷たい場合にのみ効果的です」とウォリン氏はギズモードに語った。

これらの考慮事項により、水漏れを意図的に設計した気球のようなロボットが構築されましたが、その温度が特定のしきい値を超えた場合に限ります。ロボットを作るために、研究者たちはヒドロゲル、特にポリ-N-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAm)と呼ばれる材料から作られた3Dプリントされた流体アクチュエーターを作りました。指のようなアクチュエーターは、下の層にかなりの量の水を保持し、それが満たされると熱を吸収しました。最上層には、油圧漏れを許容する微細孔が含まれていました。

PNIPAmは温度に反応するため、センサーやその他のコンポーネントは必要ありませんでした。温度が摂氏30度(華氏86度)未満の場合、細孔は閉じたままでしたが、それを超えると、微細細孔が膨張し、加圧された流体が滴り落ちました。

「私たちのデザインは、具体化されたインテリジェンスの一例です」とウォリン氏はギズモードに語った。「漏れのある骨格とは異なり、温度の変化に対する材料の反応により、細孔は可逆的に開閉します。当社のアクチュエータは、冷却が必要な場合にのみ発汗します。」

汗をかいたロボットハンドが作業中で、さまざまな高温の物体の温度をつかんで下げます。

テストでは、発汗ロボットがファンからの風にさらされ、非発汗コントロールよりも6倍優れた冷却速度が明らかになりました。「これらの発汗アクチュエータの測定された体温調節性能は、最高の動物システムに見られる蒸発冷却能力を大幅に上回っています」と、著者は人間と馬の両方に関して彼らの研究で述べています。ロボットの指は、さまざまな加熱された物体をつかんで冷却することもできました。

「これは基本的な基礎研究です。しかし、将来的には、ロボットに高トルク密度のモーターとアクチュエーターが搭載され、断熱性のある柔らかい構造物に組み込まれることを私たちは知っています」とウォリン氏はギズモードに語った。この新しいソリューションは、「最終的には、過熱することなく長期間動作できるロボットになります」と彼は言いました。

ただし、いくつかの制限がありました。濡れるとアクチュエーターが滑りやすくなり、握りにくくなります。そして、ボットは着実に液体を漏らしていたため、最終的には水が不足しました。研究者たちは現在、これらの問題の解決策を探していますが、給水量が少ない場合、将来のロボットは単に補充ステーションから「飲む」ことができます。

もう1つの問題は、予期しないリークと効率の低下を行う必要がありました。

「発汗用の微孔性アクチュエータを作成することにより、作動効率の低下に気づきました」とWallin氏は述べています。「微細孔は、作動を妨げる低温でも少量の汗を漏らします。しかし、細孔が開いたときの高温での水分損失と比較すると、この量は非常に少なかったのです。」

ただし、最終的には、これは洗練された概念実証研究であり、ロボットを冷却するために、冷却ファンやラジエーターなどのかさばる、重く、高価な内部コンポーネントが必ずしも必要ではないことを示しています。このソリューションは、ソフトロボットに最適な物理的な柔軟性にも役立ちます。

したがって、これらの研究者は、ロボットの問題に対する解決策のような明確な生命に出くわしました。私たちは発汗を残念でしばしば臭い生物学的必要性と考える傾向がありますが、この研究はそうではないことを示唆しています。汗をかいてください!それは自然工学の偉業です。 

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