Estos robots blandos ‘sudan’ para mantenerse frescos

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Un equipo internacional de científicos ha desarrollado una mano robótica blanda que literalmente transpira en respuesta al exceso de calor.

Este concepto innovador podría mejorar la durabilidad y resistencia de los robots, al tiempo que les permite trabajar en entornos extremos.

Una mano robótica blanda que suda para mantenerse fresca es el tema de una nueva investigación publicada 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 estable del “cuerpo” al liberar el sudor a través de pequeños poros.

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Todavía es pronto 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 se envían a entornos cálidos, como en un entorno de fábrica.

Las malas estrategias de enfriamiento pueden tener un efecto perjudicial sobre la durabilidad e integridad de los materiales y el rendimiento del robot en sí.

Los autores del nuevo estudio idearon una solución que se inspiró directamente en la biología, a saber, los notables poderes de enfriamiento proporcionados por la transpiración.

“Resulta que la capacidad de transpirar es una de las características más notables de los humanos“, explicó Thomas Wallin, ingeniero y coautor del nuevo estudio, en una conferencia de prensa.

“No somos los animales más rápidos, pero los primeros humanos encontraron el éxito como cazadores persistentes.

La combinación de sudoración, relativa falta de pelo y una marcha bípeda vertical nos permitió agotar físicamente a nuestra presa durante persecuciones prolongadas“.

Wallin dijo que los corredores de maratón de élite, en las condiciones adecuadas, pueden perder 3.5 litros de sudor en una hora.

Eso es “aproximadamente 2.4 kWatts de energía, que es más que muchos electrodomésticos“, dijo.

Además del agua que tiene baja entalpía (la cantidad de energía en un sistema termodinámico), la evaporación “puede bajar la temperatura de un objeto por debajo del ambiente“, dijo Wallin.

Otros procesos de disipación, como la conducción, la convección y la radiación, son “solo 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 con fugas de agua, pero solo cuando su temperatura supera un cierto umbral.

Para fabricar el robot, los investigadores imprimieron en 3D actuadores fluidos hechos de hidrogeles, específicamente un material llamado poli-N-isopropilacrilamida (PNIPAm).

Los actuadores con 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, los poros permanecieron cerrados, pero por encima de eso, los microporos se expandieron, permitiendo que el fluido a presión goteara.

“Nuestro diseño es un ejemplo de inteligencia encarnada“, dijo Wallin a Gizmodo.

“A diferencia de un esqueleto con fugas, nuestros poros se abren y cierran reversiblemente debido a una respuesta material a los cambios de temperatura.

Nuestros actuadores solo sudan cuando necesitan enfriarse”.

En las pruebas, los robots de sudoración fueron expuestos al viento de un ventilador, revelando una tasa de enfriamiento seis veces mejor que los controles sin sudoración.

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 eran capaces de agarrar y posteriormente enfriar una variedad de objetos calentados.

“Esta es una investigación básica fundamental.

Pero sabemos que, en el futuro, los robots tendrán motores y actuadores de alta densidad de torque y … serán internalizados dentro de estructuras blandas que son térmicamente aislantes“, dijo Wallin a Gizmodo.

Esta nueva solución “eventualmente estará en robots que pueden operar por largos períodos de tiempo sin sobrecalentamiento“, dijo.

Sin embargo, se observaron algunas limitaciones.

Cuando estaban mojados, los actuadores eran resbaladizos, lo que podría dificultar el agarre.

Y debido a que los bots estaban constantemente goteando líquido, finalmente se quedaron sin agua.

Los investigadores actualmente están buscando soluciones a estos problemas, pero en el caso de un bajo suministro de agua, los futuros robots podrían simplemente “beber” de una estación de recarga.

Otro problema fueron fugas inesperadas y una pérdida de eficiencia.

“Al crear un actuador microporoso para sudoración, notamos una disminución en la eficiencia de la actuación“, dijo Wallin.

“Los microporos dejarían escapar una pequeña cantidad de sudor, incluso a temperaturas más bajas, lo que dificultaría 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 o radiadores, no son necesariamente necesarios para mantener los robots frescos.

Esta solución también se presta a flexibilidad física, que es ideal para robots blandos.

Por lo tanto, estos investigadores se han topado con una solución claramente realista para un problema robótico.

Tendemos a pensar en la sudoración como una necesidad biológica lamentable y a menudo maloliente, pero esta investigación sugiere lo contrario.

¡Siéntase orgulloso de su sudor! Es una hazaña de la ingeniería natural.

Fuentes: Gizmodo, Engadget