Estos robots suaves 'sudan' para mantenerse frescos

Un equipo internacional de científicos ha desarrollado una mano robótica suave que literalmente transpira en respuesta al exceso de calor. Este concepto innovador podría mejorar la durabilidad y la resistencia de los robots, al tiempo que les permitiría trabajar en entornos extremos.

Una mano robótica suave que suda para mantenerse fresco es el tema de una nueva investigación publicada hoy en Science Robotics. Desarrollados por investigadores de la Universidad de Cornell, Facebook Reality Labs y el Centro de Micro-BioRobotics en Pisa, Italia, los robots mantienen una temperatura "corporal" estable liberando sudor a través de pequeños poros . Todavía es temprano para este concepto, pero podría conducir a una variedad de robots que pueden funcionar durante períodos prolongados sin riesgo de sobrecalentamiento.

De hecho, los robots con formas inadecuadas de termorregulación podrían enfrentar serios problemas en el futuro, ya sea por el sobrecalentamiento de sus componentes internos o porque son enviados a ambientes calientes, como en una fábrica. Las estrategias de enfriamiento deficientes pueden tener un efecto perjudicial sobre la durabilidad e integridad de los materiales y el rendimiento del propio robot. Los autores del nuevo estudio idearon una solución que se inspiró directamente en la biología, a saber, los notables poderes de enfriamiento que proporciona la transpiración.

“Resulta que la capacidad de transpirar es una de las características más notables de los seres humanos”, explicó Thomas Wallin, ingeniero y coautor del nuevo estudio, en una conferencia de prensa celebrada ayer. “No somos los animales más rápidos, pero los primeros humanos tuvieron éxito como cazadores persistentes. La combinación de sudoración, relativa calvicie y un paso bípedo derecho nos permitió agotar físicamente a nuestra presa en persecuciones prolongadas ".

En un correo electrónico a Gizmodo, Wallin dijo que los corredores de maratón de élite, en las condiciones adecuadas, pueden perder 3,5 litros (0,93 galones) de sudor en una hora. Eso es "aproximadamente 2,4 kWatts de energía, que es más que muchos electrodomésticos", dijo. Además de que el agua tiene baja entalpía (la cantidad de energía en un sistema termodinámico), la evaporación "puede reducir la temperatura de un objeto por debajo del medio ambiente", dijo Wallin. Otros procesos de disipación, a saber, conducción, convección y radiación, "solo son efectivos cuando el ambiente es más frío que el cuerpo", dijo Wallin a Gizmodo.

Estas consideraciones llevaron a la construcción de un robot con forma de globo diseñado deliberadamente para filtrar agua, pero solo cuando su temperatura supera un cierto umbral. Para hacer el robot, los investigadores imprimieron en 3D actuadores fluídicos hechos de hidrogeles, específicamente un material llamado poli-N-isopropilacrilamida (PNIPAm). Los actuadores en forma de dedo contenían una cantidad decente de agua en su capa inferior que, cuando se llenaba, absorbía calor. La capa superior contenía microporos que permitían fugas hidráulicas.

PNIPAm reacciona a la temperatura, por lo que no se requieren sensores u otros componentes. Cuando la temperatura era inferior a 30 grados Celsius (86 grados Fahrenheit), los poros permanecían cerrados, pero por encima de eso, los microporos se expandían, permitiendo que el fluido presurizado se filtrara.

"Nuestro diseño es un ejemplo de inteligencia incorporada", dijo Wallin a Gizmodo. “A diferencia de un esqueleto con fugas, nuestros poros se abren y cierran reversiblemente debido a la respuesta del material a los cambios de temperatura. Nuestros actuadores solo sudan cuando necesitan enfriarse ".

En las pruebas, los robots sudorosos fueron expuestos al viento de un ventilador, revelando una tasa de enfriamiento seis veces mejor que los controles sin sudor. El "rendimiento termorregulador medido de estos actuadores de sudoración excede en gran medida la capacidad de enfriamiento por evaporación que se encuentra en los mejores sistemas animales", señalaron los autores en su estudio, en referencia tanto a humanos como a caballos. Los dedos robóticos también fueron capaces de agarrar y posteriormente enfriar una variedad de objetos calientes.

“Esta es una investigación básica fundamental. Pero sabemos que, en el futuro, los robots tendrán motores y actuadores de alta densidad de par y ... serán internalizados dentro de estructuras blandas que son térmicamente aislantes ”, dijo Wallin a Gizmodo. Esta nueva solución "eventualmente estará en robots que puedan operar durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentarse", dijo.

Sin embargo, se observaron algunas limitaciones. Cuando estaban mojados, los actuadores estaban resbalosos, lo que podía dificultar el agarre. Y debido a que los robots perdían fluidos constantemente, finalmente se quedaron sin agua. Actualmente, los investigadores están buscando soluciones a estos problemas, pero en el caso de un suministro de agua bajo, los robots del futuro podrían simplemente " beber" de una estación de recarga.

Otro problema tuvo que ver con fugas inesperadas y pérdida de eficiencia.

"Al crear un actuador microporoso para la transpiración, notamos una disminución en la eficiencia de actuación", dijo Wallin. “Los microporos perderían una pequeña cantidad de sudor incluso a temperaturas más bajas que dificultaron la actuación. Sin embargo, esta cantidad fue muy pequeña en comparación con la pérdida de agua a temperaturas más altas cuando se abrieron los poros ".

Sin embargo, en última instancia, este es un elegante estudio de prueba de concepto que muestra que los componentes internos voluminosos, pesados ​​y costosos, como ventiladores de refrigeración o radiadores, no son necesariamente necesarios para mantener frescos a los robots. Esta solución también se presta a la flexibilidad física, que es ideal para robots blandos.

Por lo tanto, estos investigadores se han topado con una solución claramente similar a la vida para un problema robótico. Tendemos a pensar en la sudoración como una necesidad biológica lamentable y a menudo apestosa , pero esta investigación sugiere lo contrario. ¡Siéntete orgulloso de tu sudor! Es una hazaña de la ingeniería natural.