Мягкие роботы получили полностью мягкий электрический насос
Швейцарские и японские инженеры создали полностью мягкий насос для перекачивания диэлектрической жидкости. Он работает благодаря парам электродов, между которыми возникает электрическое поле. Электроды ионизируют некоторые частицы жидкости и ускоряют их, благодаря чему ускорение получает весь поток, рассказывают авторы статьи в Nature.
Практически все существующие серийные роботы и их прототипы выполнены из жестких компонентов. Даже если внешний корпус робота выполнен из мягкого материала, внутри него все равно обычно расположены жесткие платы управления, аккумуляторы и электромоторы. Такое устройство не всегда можно применять в контакте с человеком, а еще это делает конструкцию неустойчивой к сильной деформации. Существует также область робототехники, в которой исследователи занимаются разработкой полностью мягких аналогов необходимых компонентов. К примеру, уже разработаны мягкие микрофлюидные логические схемы, клапаны и даже кольцевой генератор.
Инженеры под руководством Герберта Ши (Herbert Shea) из Федеральной политехнической школы Лозанны создали для мягких роботов насос, в котором не используются жесткие компоненты. Он состоит из двух слоев, между которыми по центру находится канал для жидкости. По бокам от канала располагаются два электрода, выполненных в виде гребенки, причем выступы расположены со смещением, чтобы выступы одного электрода расположены между выступами другого электрода.
Насос работает благодаря тому, что при приложении достаточно большого напряжения напряженность электрического поля превышает определенный порог и начинается автоэлектронная эмиссия — испускание электронов из электродов. Эти электроны ионизируют некоторые частицы жидкости. Благодаря тому, что ионы получают отрицательный заряд, они начинают двигаться под действием электрического поля в сторону анода. Эти двигающиеся ионы действуют на соседние частицы и в итоге разгоняют весь поток.
Инженеры создали две разные конфигурации насоса из разных материалов, хотя в качестве корпуса в обоих вариантах используется прозрачный полидиметилсилоксан. Различия между вариантами заключается прежде всего в материале электродов: композит с углеродными или серебряными частицами. Кроме того, в прототипах насосов использовались разные диэлектрические жидкости.
Несмотря на то, что конструкция у обоих вариантов одинакова, различие в материалах обуславливает некоторую разницу в свойствах, причем как количественную, так и качественную. Например, углеродная модификация позволяет выбирать направление движения жидкости только в начале работы, тогда как насос с серебряными электродами позволяет переключаться между двумя направлениями. Кроме того, серебряные электроды имеют гораздо больший ресурс работы (множество часов против 15 минут), а также создают большее давление (14 килопаскалей против 7), но при этом имеют большее минимальное рабочее напряжение (5 киловольт против 2,5) и большее время отклика.
Авторы создали на основе насосов несколько прототипов. Один из них демонстрирует, как происходит перекачка жидкости из одного резервуара в другой. Еще один прототип состоит из емкости с жидкостью и «пальца» из нескольких емкостей. Перекачивая жидкость из большого резервуара в малые насос заставляет всю конструкцию изгибаться. Наконец, инженеры создали обогреваемую перчатку, которая перекачивает жидкость от нагревателя на запястье к кисти.
Кроме отдельных мягких компонентов уже существуют и полностью мягкие автономные роботы. Впервые такое устройство создали в 2016 году инженеры из Гарвардского университета. Этот робот-осьминог работает благодаря логической схеме на микрофлюидных каналах и разлагающемся пероксиде водорода, создающем газ для движения.
Григорий Копиев
Он предназначен для исследования гипертермии
Компания Thermetrics разработала термический манекен ANDI, который предназначен для имитации тепловых свойств тела человека. Манекен может выделять тепло с помощью нагревательных элементов, а также имитировать потоотделение и дыхание. Множество сенсоров, размещенных в 35 зонах по всему корпусу манекена, позволяют контролировать температуру и измерять тепловые потоки в реальном времени. Манекен будет использоваться учеными в исследованиях воздействия теплового стресса и гипертермии на человека, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всемирная метеорологическая организация недавно сообщала, что за последние 40 лет волны жары стали случаться в шесть раз чаще. Можно ожидать, что в будущем во многих регионах планеты люди столкнутся с новой климатической нормой, в которой придется приспосабливаться к жизни в условиях, когда температура воздуха достигает 40 градусов Цельсия и выше на протяжении длительных промежутков времени. Известно, что высокие температуры воздуха могут представлять угрозу для здоровья и жизни человека. Однако точные механизмы и последствия воздействия жары на сегодняшний день изучены недостаточно хорошо. В связи с этим возрастает интерес ученых к изучению последствий воздействия теплового стресса на человеческий организм. В опасных для здоровья человека исследованиях, в которых требуется воспроизведение поведения человеческого тела, вместо людей зачастую используются манекены. К примеру, манекены много лет успешно выполняют роль пассажиров при испытаниях автомобилей. По этой же причине ученые из Университета штата Аризона вместо того, чтобы подвергать риску здоровье людей, в проводимых ими исследованиях воздействия теплового стресса на человеческий организм решили воспользоваться испытательным манекеном. Для этого компания Thermetrics, занимающаяся разработкой тепловых манекенов для тестирования спортивной одежды, создала симулирующий человеческую физиологию роботизированный манекен ANDI. Рост ANDI составляет 178,5 сантиметров, а масса — 35 килограмм. Его тело разделено на 35 независимых термических зон. Они снабжены сенсорами и индивидуальными нагревательными элементами, с помощью которых можно имитировать тепловыделение человеческого тела, контролировать температуру и динамически измерять теплопотери и получаемое тепло в режиме реального времени. По всей поверхности манекена размещено множество выходных отверстий системы искусственного потоотделения. Также в манекен встроена система имитации дыхания, которая позволяет контролировать влажность и температуру входящего и выходящего воздуха. Руки и ноги манекена имеют подвижные соединения, поэтому, используя внешние приводы для актуации, исследователи могут управлять манекеном, имитируя ходьбу или другую физическую активность. Скорость отвода тепла можно регулировать за счет встроенной системы водяного охлаждения. Исследователи могут задавать параметры, моделирующие тепловые особенности характерные для людей разного возраста, физического состояния и здоровья. Например, уровень потоотделения пожилого человека будет ниже, чем у молодого спортсмена. https://www.youtube.com/watch?v=ivAQvkoft9o&t=59s Исследования с ANDI можно проводить не только в тепловой камере, но и в естественных условиях. Ученые надеются, что данные, собранные с помощью теплового манекена, помогут им выработать рекомендации для широкого круга людей, которые снизят риски для здоровья. Кроме этого, результаты исследования помогут в создании одежды или других средств индивидуальной защиты для смягчения влияния жары на здоровье людей в условиях меняющегося климата. Рост окружающей температуры сказывается и на образовательной системе. Ученые выяснили, что повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества жарких учебных дней приводят к снижению школьной успеваемости.