大數(shù)據(jù)文摘出品

作者：Caleb

在美國亞利桑那州立大學(xué)坦佩校區(qū)最東北角，一扇帶小玻璃窗的4英寸厚金屬門后面，站著一個(gè)機(jī)器人。

這個(gè)機(jī)器人名叫ANDI，是世界上第一個(gè)能進(jìn)行呼吸和排汗的機(jī)器人。 

物質(zhì)、運(yùn)輸和能源工程學(xué)院副教授兼亞利桑那州立大學(xué)新研究項(xiàng)目的首席研究員Konrad Rykaczewski表示，“ANDI會(huì)汗流浹背”，“他能產(chǎn)生熱量、顫抖、行走和呼吸”。

目前全球范圍內(nèi)只有10個(gè)ANDI模型，大部分由運(yùn)動(dòng)服裝公司擁有和使用，用于服裝測試。ASU的ANDI是研究機(jī)構(gòu)使用的兩個(gè)人體模型之一，也是現(xiàn)存首個(gè)可以在戶外使用的熱人體模型。

ANDI的開發(fā)目的主要在于讓研究人員更好地了解高溫對(duì)人體的影響，以及是什么讓炎熱的天氣如此致命。

“你不能將人類置于極端高溫環(huán)境中去測試?！笨沙掷m(xù)發(fā)展學(xué)院副教授Jenni Vanos說，他主要關(guān)注極端高溫與人類健康的聯(lián)系，特別是兒童、戶外工作者和運(yùn)動(dòng)員等。

“我們知道存在一些情況，熱浪正在剝奪越來越多人的生命，但我們?nèi)匀徊煌耆私膺@到底是怎么回事。而ANDI可以幫助我們解決這個(gè)問題。”

ANDI能模擬高溫環(huán)境下的人體變化情況

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在接下來的幾十年內(nèi)，美國每個(gè)地區(qū)都將經(jīng)歷更高的溫度和更強(qiáng)烈的熱浪。美國每年都有數(shù)千人死于與高溫有關(guān)的疾病，2022年僅馬里科帕縣就有425人因高溫死亡，比上一年增加了25%。

為了了解高溫對(duì)人體的影響，研究人員在ANDI當(dāng)前的家，也就是ASU新開發(fā)的熱室中，模擬了來自全球不同地方的熱暴露場景（heat-exposure scenarios）。這個(gè)被稱為“暖室”（Warm Room）的實(shí)驗(yàn)室配備了先進(jìn)的技術(shù)，可以控制風(fēng)、高達(dá)140華氏度的溫度和輻射。

ANDI可以模仿人體的熱功能，擁有35個(gè)不同的表面區(qū)域，所有表面區(qū)域均由溫度傳感器、熱通量傳感器和會(huì)出汗的毛孔單獨(dú)控制。

為了讓ANDI在“暖室”中“活下來”，其內(nèi)置了冷卻通道，可在全身循環(huán)冷水，這使ANDI能夠保持足夠的涼爽以承受極端高溫，同時(shí)測量在不同環(huán)境中感知熱的復(fù)雜變量，比如太陽輻射、紅外輻射地面和周圍空氣的對(duì)流。

最近，研究人員還把ANDI與ASU生物氣象熱機(jī)器人MaRTy進(jìn)行了“配對(duì)”，讓他們共同工作以更好地了解人體出汗機(jī)制，例如改變皮膚溫度和改變核心溫度，并確定特定環(huán)境如何增加熱風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)過程也很簡單，就是讓ANDI和MarTy首先一起在ASU坦佩校區(qū)散步，然后到大鳳凰城地區(qū)，在易受熱環(huán)境影響下進(jìn)行測試，例如暴露在外的街道和空調(diào)壞掉的舊房屋。

“MaRTy可以告訴我們建筑環(huán)境如何改變身體周圍的熱量，但MaRTy不知道身體內(nèi)部的機(jī)制，”研究城市氣候以及城市環(huán)境如何影響天氣災(zāi)害的Middel說，“MaRTy負(fù)責(zé)測量環(huán)境因素，然后ANDI可以告訴我們身體會(huì)如何反應(yīng)”。 

定制模型以模擬不同人的熱應(yīng)激感知

但是，對(duì)于熱量的感知，人和人之間其實(shí)也存在著不小的差距。

比如在115華氏度的室外溫度下，患有糖尿病的老年男性所經(jīng)歷的熱應(yīng)激與30多歲的女性就不同，與小學(xué)生也不同。

在這里，年齡、體型等整體健康特征會(huì)影響人們對(duì)極端高溫的反應(yīng)和感知。

對(duì)此，ASU研究人員表示，他們正在考慮身體類型和健康特征的變量，為美國幾乎任何人創(chuàng)建和輸入ANDI不同的定制熱調(diào)節(jié)模型。

“我們將不同的BMI模型、不同的年齡特征和不同的醫(yī)療條件輸入到ANDI中，”領(lǐng)導(dǎo)建模工作的ASU研究科學(xué)家和ANDI主要操作員Ankit Joshi說，“糖尿病患者的體溫調(diào)節(jié)與健康人不同，我們可以用定制模型來修正這些”。 

利用收集到的數(shù)據(jù)和信息，研究人員希望設(shè)計(jì)干預(yù)措施，例如冷卻衣服或背包的外骨骼，旨在提供冷卻支持。

“我們?cè)噲D從一個(gè)全面的角度來解決這個(gè)問題，可以說這沒有什么靈丹妙藥?！盧ykaczewski說。

“針對(duì)極端高溫，有很多很棒的工作，但也有很多缺失。我們正在努力深入了解熱量如何影響人體，以便通過量化設(shè)計(jì)來解決這個(gè)問題?！?/p>

相關(guān)報(bào)道：

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-12174761/First-breathing-sweating-shivering-robot-created-indoor-outdoor-extreme-heat-wave-research.html

https://news.asu.edu/20230525-solutions-meet-andi-worlds-first-outdoor-sweating-breathing-and-walking-manikin

https://www.independent.co.uk/tech/robot-sweat-shiver-heat-andi-b2353266.html