在美國(guó)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(mén)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KonradRykaczewski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(cè)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(hù)外使用的熱人體模型。
ANDI的開(kāi)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(lèi)置于極端高溫環(huán)境中去測(cè)試。”可持續(xù)發(fā)展學(xué)院副教授JenniVanos說(shuō)，他主要關(guān)注極端高溫與人類(lèi)健康的聯(lián)系，特別是兒童、戶(hù)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(lái)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(wèn)題。”
ANDI能模擬高溫環(huán)境下的人體變化情況
數(shù)據(jù)顯示，在接下來(lái)的幾十年內(nèi)，美國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)的熱室中，模擬了來(lái)自全球不同地方的熱暴露場(chǎng)景（heat-exposurescenarios）。這個(gè)被稱(chēng)為“暖室”（WarmRoom）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(lái)”，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(cè)量在不同環(huán)境中感知熱的復(fù)雜變量，比如太陽(yáng)輻射、紅外輻射地面和周?chē)諝獾膶?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(guò)程也很簡(jiǎn)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(cè)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?chē)臒崃浚玀aRTy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(shuō)，“MaRTy負(fù)責(zé)測(cè)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(lèi)型和健康特征的變量，為美國(guó)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AnkitJoshi說(shuō)，“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(lái)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，可以說(shuō)這沒(méi)有什么靈丹妙藥。”Rykaczewski說(shuō)。
“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(guò)量化設(shè)計(jì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。”
