Aby zcela autonomní a výkonní roboti mohli pracovat po delší dobu samostatně, je nutné vyřešit jejich termoregulaci. Vědci z Cornellovy univerzity vytvořili měkký robotický sval, který se dokáže ochlazovat pocením!
Roboti se, stejně jako lidé, při fyzické práci přehřívají. U stacionárních robotů napojených na další systémy lze chlazení řešit poměrně snadno, problém nastává u autonomních robotů. Vysokootáčkové motory a další součásti robota, které vytvářejí teplo, mohou způsobit přehřátí robota, který pak přestane fungovat. Vědci z Cornellovy univerzity pod vedením Roba Shepherda, docenta mechanického a leteckého strojírenství, vyvinuli měkký robotický sval, který se ochlazuje pocením. Výsledky vyšly v časopise Science Robotics pod názvem Autonomní pocení 3D hydrogelových aktuátorů.
Přehřívání je problém obzvlášť u měkkých robotů, které jsou vyrobené ze syntetických materiálů. Tyto materiály jsou pružnější, avšak na rozdíl od kovů více zadržují teplo. Běžné chladicí technologie, jako například větrák, zde nepomohou, protože by zabíraly místo a zvyšovaly hmotnost robota. A tak se Shepherdův tým nechal inspirovat přirozeným chladicím systémem savců: pocením.
Foto: Cornell University
„Schopnost potit se je jednou z nejpozoruhodnějších schopností savců včetně lidí,“ uvádí spoluautor studie T. J. Wallin, výzkumník z Facebook Reality Labs. „Pocení funguje na principu vypařování vody, které spotřebovává teplo, a dokáže tak tělo zchladit na na teplotu nižší, než je okolní teplota.“
Pro pocení jsou klíčové nanopolymery, které badatelé vyrobili technikou 3D tisku zvanou stereolitografie, při níž se pryskyřice pomocí světla formuje do předem stanovených tvarů. „Náš přínos tkví v tom, že tyto směsi nanočástic a polymerů nám umožňují řídit viskozitu a tok kapalin,“ vysvětluje vedoucí laboratoře Emmanuel Giannelis.
Badatelé vyvinuli aktuátory ve tvaru prstů, složené ze dvou hydrogelových materiálů, které dokážou zadržovat vodu a zároveň reagovat na teploty. Jsou to v zásadě takové „inteligentní“ houby. Základní vrstva je vyrobená z poly-N-izopropylakrylamidu a reaguje na teploty nad 30 °C smrštěním, které vypudí vodu na horní polyakrylamidovou vrstvu s póry o velikosti v řádu mikronů. Póry jsou citlivé na stejný teplotní rozsah a při zvýšení teploty nad uvedených 30 °C se roztáhnou, aby uvolnily „pot“. Při snížení teploty pod 30 °C se opět zatáhnou.
Vypařování vypuzené vody sníží povrchovou teplotu aktuátoru za půl minuty o 21 °C. Tento chladicí proces je tak třikrát účinnější než u člověka. Doba ochlazování je zhruba šestkrát kratší než při chlazení větráky.
Na tomto řešení je nejobdivuhodnější, že o tepelnou regulaci se stará samotný materiál. Není třeba žádných senzorů a dalších obvodů či systémů. Póry se v závislosti na teplotě otevírají či zavírají samy.
Aktuátory ve tvaru prstů jsou součástí robota, který dokáže uchopovat a přenášet předměty. Během zkoušek vědci zjistili, že autonomní „pocení“ snižuje nejen teplotu robotické ruky, ale také ochlazuje uchopený předmět. Kvůli vlhkosti by mohla robotická ruka klouzat, ovšem tento problém lze podle Shepherda řešit vytvarováním povrchu, aby měl vyšší přilnavost, tedy přidáním jakýchsi „vrásek“.
Nevýhodou této technologie je, že může omezovat pohyblivost robota. Dále je třeba doplňovat zásobu vody – toto přivedlo Shepherda k myšlence, že by se roboti dokázali nejen potit, ale také pít.
Autor: Petr Bílek
