研究人员创造出3d打印的出汗机器人肌肉

康奈尔大学的研究人员发明了一种柔软的机器人肌肉，可以通过出汗来调节体温。据介绍，这种形式的热管理是使无系绳的大功率机器人能够长时间运行而不过热的基本组成部分Rob牧羊人他是机械和航空航天工程副教授，领导了该项目。

谢泼德表示，制造持久、适应性强且灵活的机器人的障碍之一是控制机器人的内部温度。如果为机器人提供动力的高扭矩密度电机和放热发动机过热，机器人将停止运行。

对于由合成材料制成的软体机器人来说，这是一个特别的问题。虽然更灵活，但它们能保持热量，不像金属那样散热很快。内部冷却技术，如风扇，可能没有多大帮助，因为它会占用机器人内部的空间并增加重量。

谢泼德的团队从哺乳动物的自然冷却系统中获得了灵感:出汗。

“出汗的能力是人类最显著的特征之一，”共同主要作者、Facebook现实实验室的研究科学家T.J.沃林说。“出汗利用蒸发水分的损失来迅速散热，并可以冷却到低于环境温度的水平……所以通常情况下，生物学为我们作为工程师提供了很好的指导。”

谢博德的团队与伊曼纽尔Giannelis他是Walter R. Read工程教授，通过一种被称为多材料立体光刻的3d打印技术制造出用于出汗的纳米聚合物材料，该技术利用光将树脂固化成预先设计的形状。

“我们的贡献是制造纳米颗粒和聚合物材料的混合物，这基本上使我们能够控制这些液体的粘度或流量，”Giannelis说，他也是康奈尔大学负责研究的副教务长和负责技术转让、知识产权和研究政策的副校长。

研究人员制造了由两种水凝胶材料组成的手指状驱动器，可以保留水分并对温度做出反应——实际上是“智能”海绵。基础层由聚- n-异丙基丙烯酰胺制成，在30°C以上的温度下会发生收缩，将水挤压到带有微米级孔的聚丙烯酰胺顶层。这些毛孔对相同的温度范围很敏感，会自动扩张以释放“汗水”，当温度低于30摄氏度时就会关闭。

研究人员发现，这种水的蒸发可以在30秒内使执行器的表面温度降低21摄氏度，这一冷却过程的效率大约是人类的三倍。当暴露在风扇的风中时，执行器的冷却速度大约快6倍。

沃林说:“这种合成策略最好的部分是，热调节性能是基于材料本身的。”“我们不需要传感器或其他组件来控制出汗率。当局部温度上升到过渡区以上时，气孔就会自行打开和关闭。”

该团队将致动器手指整合到一个可以抓取和举起物体的机械手中，他们意识到自动出汗不仅可以冷却手，还可以降低物体的温度。谢泼德说，虽然这种润滑可以让机械手变得光滑，但对水凝胶结构的修改可以通过改善手的抓地力来进行补偿，就像皮肤上的皱纹一样。

这项技术的一个缺点是它会阻碍机器人的机动性。机器人还需要补充它们的水供应，这使得谢泼德设想有一天软体机器人不仅会像哺乳动物一样出汗，而且也会像哺乳动物一样喝水。

研究人员写道，机器人分泌液体的能力也可能导致吸收营养物质、催化反应、去除污染物和在机器人表面涂上保护层的方法。

谢泼德说:“我认为，制造这些生物上更类似的材料和机器人的未来将取决于材料的组成。”“这就提出了这一领域多学科研究的重要性，在这一领域，没有任何一个小组拥有所有答案。”

康奈尔大学

www.cornell.edu

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。