機器人(rén)的(de)手通(tōng)過出汗來(lái)保持涼爽

機器人(rén)手上的(de)手指出汗冷(lěng)卻  Cornell University

對(duì)于大(dà)多(duō)數電子設備來(lái)說，從機器人(rén)身上排出多(duō)餘的(de)熱(rè)量是順利運行和(hé)故障之間的(de)區(qū)别。康奈爾大(dà)學的(de)研究人(rén)員(yuán)已經開發出3D打印機器人(rén)手指，可(kě)以通(tōng)過出汗來(lái)調節溫度。

當我們想到機器人(rén)時(shí)，可(kě)能會想到波士頓動力公司（Boston Dynamics）的(de)塑料和(hé)金屬獸，甚至日本正在建造的(de)巨型高(gāo)達機器人(rén)（Gundam bot）。但并不是所有的(de)機器人(rén)都是硬的(de)和(hé)硬的(de)，有些是軟的(de)和(hé)柔韌的(de)。有些是兩者的(de)混合體。無論哪種方式，溫度控制都是重要的(de)設計考慮因素。

金屬可(kě)以用(yòng)來(lái)散熱(rè)，風扇也(yě)可(kě)以安裝在更大(dà)的(de)建築中，但這(zhè)些東西對(duì)于主要由軟合成材料制成的(de)機器人(rén)來(lái)說用(yòng)處不大(dà)。羅伯·謝潑德和(hé)他(tā)的(de)研究小組向我們這(zhè)樣的(de)哺乳動物(wù)尋求降溫方案。

“出汗能力是人(rén)類最顯著的(de)特征之一，”這(zhè)項新研究的(de)聯合首席作者T J Wallin說，出汗利用(yòng)蒸發水(shuǐ)的(de)損失迅速散熱(rè)，并能冷(lěng)卻到環境溫度以下(xià)。通(tōng)常情況下(xià)，生物(wù)學爲我們工程師提供了(le)極好的(de)指導。


當溫度上升到30°C以上時(shí)，水(shuǐ)被擠出表面蒸發，并冷(lěng)卻手指狀緻動器   Cornell University

研究人(rén)員(yuán)利用(yòng)光(guāng)固化(huà)樹脂的(de)3D打印工藝，用(yòng)兩種水(shuǐ)凝膠制造了(le)軟機器人(rén)驅動器。當溫度超過30°C（86°F）時(shí)，聚-N-異丙基丙烯酰胺的(de)基層收縮，從而将水(shuǐ)擠壓到布滿微米級孔隙的(de)聚丙烯酰胺頂層。

這(zhè)些氣孔對(duì)溫度同樣敏感，迫使水(shuǐ)（或機器人(rén)汗水(shuǐ)）蒸發在指狀緻動器表面，據報道，指狀緻動器可(kě)在30秒内将表面溫度降低21°C。當風扇将空氣吹向執行器時(shí)，冷(lěng)卻效率提高(gāo)。當溫度降至30°C以下(xià)時(shí)，氣孔會關閉，從而調節整體溫度。

将軟機器人(rén)手指安裝在機器人(rén)手上作爲抓取器，用(yòng)于抓取物(wù)體，發現冷(lěng)卻效果也(yě)降低了(le)被處理(lǐ)物(wù)體的(de)溫度。

沃林(lín)評論道：“這(zhè)種合成策略的(de)最佳部分(fēn)是熱(rè)調節性能基于材料本身。”。“我們不需要傳感器或其他(tā)部件來(lái)控制出汗率。當局部溫度上升到過渡溫度以上時(shí)，毛孔就會自行打開和(hé)關閉。”

不過，這(zhè)種方法也(yě)有一些缺點。出汗的(de)手指可(kě)能會讓物(wù)體滑動和(hé)翻滾——盡管改變上層的(de)紋理(lǐ)在這(zhè)方面會有所幫助，本質上會給皮膚帶來(lái)一些皺紋。移動範圍也(yě)可(kě)能受到影(yǐng)響。而目前設計的(de)機器人(rén)手需要定期供水(shuǐ)來(lái)補充蒸發掉的(de)水(shuǐ)分(fēn)，盡管Shepherd認爲未來(lái)的(de)機器人(rén)能夠自己吸水(shuǐ)或喝水(shuǐ)，甚至可(kě)以通(tōng)過皮膚吸收水(shuǐ)分(fēn)。或者，未來(lái)的(de)機器人(rén)可(kě)能會從空氣中吸收水(shuǐ)分(fēn)，并将其儲存起來(lái)，直到需要爲止——類似于中國上海交通(tōng)大(dà)學科學家開發的(de)塗層闆。

這(zhè)項研究已發表在《科學機器人(rén)學》雜(zá)志上。

資料來(lái)源: Cornell University