康奈爾大學(xué)3D打印軟體機器人，會出汗使自身冷卻

2020年1月31日，南極熊從外媒獲悉，康奈爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種3D打印的柔軟機器人肌肉，該肌肉可以通過排汗來控制其內(nèi)部溫度。

使用基于水凝膠的復(fù)合樹脂和SLA 光固化3D打印技術(shù)，研究人員生產(chǎn)出一種可以儲存水分并其能響應(yīng)溫度變化的柔軟裝置。 根據(jù)機械和航空航天工程副教授Robert Shepherd的說法，這種受生物啟發(fā)的熱管理形式可以使機器人能夠運行更長的時間。

T.J. Wallin說：“出汗利用蒸發(fā)掉的水分迅速散發(fā)熱量，并可以冷卻到周圍環(huán)境溫度以下�！� Wallin是Facebook Reality Labs的研究科學(xué)家，也是發(fā)表在《 Science Robotics》上論文的第一作者。 “通常，生物學(xué)為工程師提供了極好的指導(dǎo)。”

△一種3D打印的柔軟機器人肌肉，可以通過出汗調(diào)節(jié)溫度

負(fù)責(zé)該項目的Shepard教授表示，制造耐用，敏捷，柔軟的機器人的障礙之一是控制其內(nèi)部溫度。在軟機器人中使用的合成材料會保存熱量，而金屬會迅速散發(fā)熱量。因此，研究人員尋求制造一種自然的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)不會增加重量或限制軟機器人的設(shè)計。

在本研究中，科研人員使用定制的水凝膠復(fù)合樹脂3D打印彈性體執(zhí)行器，該執(zhí)行器具有根據(jù)熱波動而自動打開和關(guān)閉的孔�？自谏�高的溫度下膨脹，釋放出水，冷卻速度比類似的無汗裝置快600％以上。

（A）使用核黃素光引發(fā)劑，三乙醇胺助引發(fā)劑和MBA作為交聯(lián)劑，在磺酸鹽改性的SiO2和Fe3O4存在下，通過Aam和NIPAm的光聚合，對離子復(fù)合水凝膠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 （B）具有樹脂替換機制的SLA 3D打印機的簡化架構(gòu)以及執(zhí)行器的分解圖，該圖構(gòu)成了多種材料層；粉色代表PAAm，棕色代表PNIPAm，h代表PAAm和PNIPAm體的高度。 （C）具有高表面積和多種材料設(shè)計的3D打印執(zhí)行器。 （C1）具有孔設(shè)計，紋理和應(yīng)變限制層的執(zhí)行器。 （C2）顯示出汗的動畫模型。 （C3）3D打印的執(zhí)行器，類似于動畫模型。

Wallin說：“這種策略的好處是熱調(diào)節(jié)性能取決于材料本身。我們不需要傳感器或其他組件來控制出汗率。當(dāng)溫度升至轉(zhuǎn)變溫度以上時，毛孔會自行打開和關(guān)閉�！�

△一種3D打印的柔軟機器人肌肉，可以通過出汗調(diào)節(jié)溫度

自冷卻機器人

經(jīng)過幾次抓地力測試，研究人員發(fā)現(xiàn)自動發(fā)汗阻止了機器人的過熱，但是，機器人的表面確實很滑。此外，機器人分泌液體的能力還可能導(dǎo)致吸收營養(yǎng)，催化反應(yīng)和清除污染物的方法。

“我認(rèn)為制造這些具有更多生物相似性的材料和機器人的未來將取決于材料的組成，”Shepard教授補充道。

“Autonomic Perspiration in 3-D Printed Hydrogel Actuators“由Anand K. Mishra, Thomas J. Wallin, Wenyang Pan, Patricia Xu, Kaiyang Wang, Emmanuel P. Giannelis, Barbara Mazzolai, and Robert F. Shepherd.合著。


論文鏈接：https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaaz3918

編譯自：3dprintingindustry