机器人的手通过出汗来保持凉爽

机器人手上的手指出汗冷却  Cornell University

对于大多数电子设备来说，从机器人身上排出多余的热量是顺利运行和故障之间的区别。康奈尔大学的研究人员已经开发出3D打印机器人手指，可以通过出汗来调节温度。

当我们想到机器人时，可能会想到波士顿动力公司（Boston Dynamics）的塑料和金属兽，甚至日本正在建造的巨型高达机器人（Gundam bot）。但并不是所有的机器人都是硬的和硬的，有些是软的和柔韧的。有些是两者的混合体。无论哪种方式，温度控制都是重要的设计考虑因素。

金属可以用来散热，风扇也可以安装在更大的建筑中，但这些东西对于主要由软合成材料制成的机器人来说用处不大。罗伯·谢泼德和他的研究小组向我们这样的哺乳动物寻求降温方案。

“出汗能力是人类最显著的特征之一，”这项新研究的联合首席作者T J Wallin说，出汗利用蒸发水的损失迅速散热，并能冷却到环境温度以下。通常情况下，生物学为我们工程师提供了极好的指导。


当温度上升到30°C以上时，水被挤出表面蒸发，并冷却手指状致动器   Cornell University

研究人员利用光固化树脂的3D打印工艺，用两种水凝胶制造了软机器人驱动器。当温度超过30°C（86°F）时，聚-N-异丙基丙烯酰胺的基层收缩，从而将水挤压到布满微米级孔隙的聚丙烯酰胺顶层。

这些气孔对温度同样敏感，迫使水（或机器人汗水）蒸发在指状致动器表面，据报道，指状致动器可在30秒内将表面温度降低21°C。当风扇将空气吹向执行器时，冷却效率提高。当温度降至30°C以下时，气孔会关闭，从而调节整体温度。

将软机器人手指安装在机器人手上作为抓取器，用于抓取物体，发现冷却效果也降低了被处理物体的温度。

沃林评论道：“这种合成策略的最佳部分是热调节性能基于材料本身。”。“我们不需要传感器或其他部件来控制出汗率。当局部温度上升到过渡温度以上时，毛孔就会自行打开和关闭。”

不过，这种方法也有一些缺点。出汗的手指可能会让物体滑动和翻滚——尽管改变上层的纹理在这方面会有所帮助，本质上会给皮肤带来一些皱纹。移动范围也可能受到影响。而目前设计的机器人手需要定期供水来补充蒸发掉的水分，尽管Shepherd认为未来的机器人能够自己吸水或喝水，甚至可以通过皮肤吸收水分。或者，未来的机器人可能会从空气中吸收水分，并将其储存起来，直到需要为止——类似于中国上海交通大学科学家开发的涂层板。

这项研究已发表在《科学机器人学》杂志上。

资料来源: Cornell University