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这3D打印机器人,像人体一样的柔软,居然还会出汗降温

发布时间:2020-02-13 访问次数:411次 来源:柔性电子创新中心 分享:

这只3D打印的手有着用液压控制的手指,可以通过“出汗”来降温。

图自CORNELL UNIVERSITY

康奈尔大学的研究人员离制造更像人类的机器人又近了一步。然而,这项创新可能是你意料之外的:一种柔软的机器肌肉,可以通过“挥汗如雨”来调节温度。
正如《科学机器人》所报道的,该团队认为,这是构建完美的高功率机器人的关键一步。出汗机器人能够长时间运行,却不会过热。金属机器人是优秀的热导体,能够快速散热。但软机器人无法做到这一点,因此团队不得不集思广益,采用不同的方法。

来自Facebook现实实验室的研究科学家T.J. Wallin在一份声明中说道:“出汗能力是人类最显著的特征之一。流汗可以利用水分的蒸发快速散热,并在环境温度以下冷却。因此,生物学为我们的工程师提供了卓越的指导。”

手指执行器采用3D打印和液压供能,可以抓取物品。它们由两种水凝胶材料制成:聚-N-异丙基丙烯酰胺的基层包裹在一层有孔的聚丙烯酰胺凝胶之中。之所以选择这些材料,是因为它们能保持水分,并对温度做出反应。

当手指温度达到30℃时,基础层会发生收缩反应,将水从顶层微米大小的孔隙中挤出来。蒸发的效率很高,其表面温度只需要30秒就可以下降21℃,这比人类的效率高出三倍。当风扇的风吹过混合物时,它们的冷却速度是原来的六倍。蒸发过程还冷却了手指执行器所持有的物体。

Wallin称:“这个策略的最大部分是基于材料本身的热调节性能。我们不需要传感器或是其他的组件来控制出汗率。当局部温度上升到一定程度时,毛孔会自行打开和关闭。”

虽然这个结果令人兴奋,但这只是第一步。汗水会使机器人手部湿滑,因此团队正在研究手部材料的纹理,以改善握力。出汗时,机器人的移动性也会受到阻碍,需要补充其供水。

“我认为,未来制造这些与生物更相似的材料或是机器人将更依赖于材料的成分,”共同作者、机械和航空航天工程副教授Rob Shepherd说道,“这就提出了多学科研究在这一领域的重要性,在该领域中,单一的学科无法解出所有的答案。”

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