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 d'une nouvelle recherche publié 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 un température «corporelle» stable en libérant la transpiration à travers de minuscules pores. Ce concept en est encore à ses débuts, mais il pourrait déboucher sur un assortiment de robots pouvant 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 ou parce qu'ils sont envoyés dans des environnements chauds, comme dans un réglage d'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. Tes auteurs de la nouvelle étude ont imaginé une solution qui s'inspire directement de la biologie, à savoir les remarquables pouvoirs de refroidissement apportés 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 réussi en tant que chasseurs persistants. La combinaison de transpiration, glu relative, et unla marche bipède droite nous a permis d'épuiser physiquement nos proies au cours de poursuites prolongées. »
Dans un courriel 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. C'est "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 froid que le corps", a déclaré Wallin à Gizmodo.
Ces considérations ont conduit à la construction d'un robot en forme de ballon délibérément conçu pour fuir 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, les capteurs ou autres composants n'étaient donc pas nécessaires. Lorsque la température était inférieure à 30 degrés Celsius (86 degrés Fahrenheit), les pores sont restés fermés, mais au-dessus de cela, les micropores se sont dilatés, 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 matérielle aux changements de température. Nos actionneurs ne transpirent que lorsqu'ils ont besoin de refroidir. »
Lors des tests, les robots transpirants ont été exposés au vent d'un ventilateur, révélant une vitesse de refroidissement six fois supérieure à celle des 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», ont noté les auteurs dans leur étude, en référence à la fois aux humains et aux chevaux. Les doigts du robot étaient également capables de saisir puis refroidissement une variété d'objets chauffés.
«Il s'agit d'une recherche fondamentale fondamentale. Mais, nous savons qu'à l'avenir, les robots auront des moteurs et des actionneurs à haute densité de couple et … ils seront intériorisés au sein de structures souples isolantes thermiquement », a déclaré Wallin à Gizmodo. Cette nouvelle solution «finira par être dans des robots qui peuvent fonctionner pendant de longues périodes sans surchauffe», a-t-il déclaré.
Cependant, certaines limites ont été observées. Lorsqu'ils étaient mouillés, les actionneurs étaient glissants, ce qui pourrait rendre la saisie difficile. Et parce que les robots fuyaient régulièrement du liquide, ils ont finalement manqué d'eau. Les chercheurs recherchent actuellement des solutions à ces problèmes, mais dans le cas d'une faible alimentation en eau, les futurs robots pourraient simplement «boisson" à partir d'une station de remplissage.
Un autre problème a dû faire une fuite inattendue et une perte d'efficacité.
"En créant un actionneur microporeux pour la transpiration, nous avons remarqué une diminution de l'efficacité de l'actionnement », a déclaré Wallin. «Les micropores fuiraient une petite quantité de sueur même à des températures plus basses qui gêneraient 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 volumineux, 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 la flexibilité physique, idéale pour les robots mous.
Ces chercheurs sont ainsi tombés sur une vie distinctecomme solution à un problème robotique. Nous avons tendance à penser que la transpiration est regrettable et souvent puant nécessité biologique, mais cette recherche suggère le contraire. Soyez fier de votre sueur! C'est un exploit d'ingénierie naturelle.
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