Robothand zweet zich koel
Mensen zweten om overtollige warmte kwijt te raken. Amerikaanse onderzoekers hebben nu een robothand ontwikkeld die hetzelfde kan.
Een van de problemen bij de inzet van krachtige robots voor zware taken, is dat de interne motoren oververhit kunnen raken. Zo'n motor is in de regel zo geprogrammeerd dat hij zichzelf tijdig uitschakelt, om af te koelen. De taak van de robot wordt dan gepauzeerd.
Het probleem geldt met name voor zachte robots, van synthetisch materiaal. Waar metaal hitte vrij snel vrij kan afvoeren, houden zachte, flexibele onderdelen de warmte juist vast. Interne koeling, in de vorm van ventilatoren bijvoorbeeld, kan helpen, maar die nemen ruimte in beslag en maken de robot zwaarder.
Onderzoekers van Cornell University in de Verenigde Staten vonden een innovatieve manier om oververhitting van zachte robots te voorkomen. Geïnspireerd door de wijze waarop zoogdieren hun warmte afgeven, voorzagen ze de robot van het vermogen om te zweten. Ze publiceerden hun bevindingen donderdag in het wetenschappelijke tijdschrift Science Robotics.
Biologie wijst ingenieurs de weg
'Het vermogen om te transpireren is een van de meest bijzondere kenmerken van mensen', zegt onderzoeker Thomas Wallin in een persbericht. 'Zoals zo vaak gebeurt, bleek de biologie weer een uitstekende gids voor ingenieurs.'
De onderzoekers maakten eerst de voor het zweten benodigde nanopolymeren. Ze deden dat met multi material stereolithography, een 3D-printtechniek waarbij ze hars met behulp van licht in de gewenste vorm lieten uitharden. Ze maakten vervolgens actuatoren in de vorm van vingers, opgebouwd uit twee verschillende, waterrijke hydrogels, Beide reageren net even anders op temperatuur: in feite zijn het slimme sponsjes.
Poriën
De basislaag gaat krimpen bij temperaturen boven de 30 graden Celsius. Het water dat erin is verwerkt, wordt dan naar de vingertop geduwd. Daar bevindt zich een tweede hydrogel, die van kleine poriën is voorzien. Die gaan open bij dezelfde temperaturen, zodat de waterdruppels naar buiten worden geduwd.
Door het water te verdampen, koelt de oppervlaktetemperatuur van de actuatoren zes keer sneller af dan waneer een ventilator zou zijn gebruikt, stellen de onderzoekers.
Zonder sensoren
Het bijzondere is dat er verder geen sensoren nodig zijn, zegt Wallin. 'Als de temperatuur boven een bepaalde waarde stijgt, gaan de poriën vanzelf open.'
Het team heeft de actuatoren verwerkt in een hand die objecten kan grijpen en optillen. Ze kwamen erachter dat het zweten niet alleen de hand, maar ook het opgetilde object afkoelt. Een probleem is nog wel dat de vingers glad worden door het zweet. Door de textuur van de hydrogel wat rimpeliger te maken is dat eenvoudig te verhelpen, zegt onderzoeksleider Rob Shepherd.
Een ander nadeel is dat de robots van tijd tot tijd nieuw water nodig hebben. In de toekomst voorziet Shepherd dan ook zachte robots die niet alleen kunnen zweten, maar die ook kunnen drinken.
Beeld: Cornell University
