康奈爾大學(xué)3D打印軟體機(jī)器人，會(huì)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(kāi)發(fā)了一種3D打印的柔軟機(jī)器人肌肉，該肌肉可以通過(guò)排汗來(lái)控制其內(nèi)部溫度。

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

T.J. Wallin說(shuō)：“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?chē)�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(jī)器人肌肉，可以通過(guò)出汗調(diào)節(jié)溫度

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的Shepard教授表示，制造耐用，敏捷，柔軟的機(jī)器人的障礙之一是控制其內(nèi)部溫度。在軟機(jī)器人中使用的合成材料會(huì)保存熱量，而金屬會(huì)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(huì)增加重量或限制軟機(jī)器人的設(shè)計(jì)。

在本研究中，科研人員使用定制的水凝膠復(fù)合樹(shù)脂3D打印彈性體執(zhí)行器，該執(zhí)行器具有根據(jù)熱波動(dòng)而自動(dòng)打開(kāi)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(lèi)似的無(wú)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(guò)Aam和NIPAm的光聚合，對(duì)離子復(fù)合水凝膠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 （B）具有樹(shù)脂替換機(jī)制的SLA 3D打印機(jī)的簡(jiǎn)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(jì)的3D打印執(zhí)行器。 （C1）具有孔設(shè)計(jì)，紋理和應(yīng)變限制層的執(zhí)行器。 （C2）顯示出汗的動(dòng)畫(huà)模型。 （C3）3D打印的執(zhí)行器，類(lèi)似于動(dòng)畫(huà)模型。

Wallin說(shuō)：“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(lái)控制出汗率。當(dāng)溫度升至轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，毛孔會(huì)自行打開(kāi)和關(guān)閉。”

△一種3D打印的柔軟機(jī)器人肌肉，可以通過(guò)出汗調(diào)節(jié)溫度

自冷卻機(jī)器人

經(jīng)過(guò)幾次抓地力測(cè)試，研究人員發(fā)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)汗阻止了機(jī)器人的過(guò)熱，但是，機(jī)器人的表面確實(shí)很滑。此外，機(jī)器人分泌液體的能力還可能導(dǎo)致吸收營(yíng)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(jī)器人的未來(lái)將取決于材料的組成，”Shepard教授補(bǔ)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