Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Инженеры заставили робопалец попотеть

Anand Mishra et al. / Science Robotics, 2020

Американские и итальянские инженеры создали робопалец, способный охлаждать себя при перегревании с помощью искусственного потоотделения. При температуре менее 30 градусов Цельсия он способен изгибаться благодаря увеличению давления жидкости внутри, а при повышении температуры на его поверхности открываются поры, через которые жидкость выходит наружу и охлаждает поверхность робота. Статья опубликована в Science Robotics.

Все машины, в том числе и роботы, при своей работе выделяют тепло, в основном от электромоторов или других актуаторов, отвечающих за движения. Обычно при нормальном режиме работы это не является препятствием для работы, но при повышенной нагрузке робот может перегреваться и останавливаться для охлаждения. Для решения этой проблемы можно использовать воздушное охлаждение, однако оно часто малоэффективно из-за низкой теплоемкости воздуха. В качестве альтернативы некоторые инженеры предлагают заимствовать у живых организмов механизм потоотделения, чтобы отводить тепло с помощью воды или иной плотной жидкости.

Подобные разработки уже существуют, но они основаны на постоянном выделении воды, а не автоматически адаптируются к условиям среды, как это происходит у людей и животных. Инженеры под руководством Роберта Шеперда (Robert Shepherd) из Корнеллского университета создали мягкий робопалец, который регулирует потоотделение механически, без какой-либо управляющей электроники и датчиков. Палец основан на достаточно часто применяемой в мягкой робототехнике конструкции, состоящей из единой полой трубки с выступами. При подаче в палец жидкости или газа выступы расширяются и вынуждают всю конструкцию изгибаться.


Палец состоит из двух гидрогелей с разными свойствами: большая часть при нагревании выше 40 градусов Цельсия сокращается, а задняя поверхность наоборот расширяется при нагревании выше 30 градусов. В задней поверхности инженеры сделали отверстия для выхода жидкости при нагревании. Они опробовали два вида пор с диаметром 0,2 и 2 миллиметра. Выяснилось, что при одинаковой толщине материала и изменении температуры, размер небольших пор меняется значительно сильнее, чем больших: увеличивается на 60 процентов при нагревании до 80 градусов Цельсия.

Таким образом, при комнатной температуре поры в робопальце практически закрыты, но при сильном нагревании на несколько десятков градусов Цельсия они открываются и выпускают часть воды наружу, тем самым охлаждают поверхность и снова сокращаются в диаметре.

Инженеры проверили работоспособность конструкции с помощью роборуки с пятью пальцами двух видов (с отверстиями и без них), а также в двух условиях (с обдувом и без него). Роборука сжималась и разжималась под действием воды с температурой 70 градусов Цельсия. В случае с роборукой без пор за 36 секунд после прекращения работы она охладилась на примерно шесть градусов Цельсия. Роборука с порами за такое же время охладилась на 14,2 градуса без обдува и на 39,1 градуса с обдувом — в шесть с половиной раз быстрее.

Недавно китайские инженеры предложили создавать потеющую и охлаждающуюся за счет этого электронику. Они создали из металл-органического каркаса пористое покрытие, которое накапливает влагу из воздуха, а при нагревании испаряет ее и тем самым отводит от себя тепло.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.