Ученые разработали материал на основе галлия, который под воздействием магнитного поля меняет свое агрегатное состояние из твердого тела в жидкость и обратно. Миниатюрный робот, созданный в рамках эксперимента, смог пройти сквозь сетку, словно жидкий робот из фильма «Терминатор — 2». В будущем роботы из этого материала, возможно, найдут применение в промышленности и медицине. Исследование опубликовано в журнале Matter.
Современная робототехника условно делится на две группы — традиционная жесткая и мягкая. Жесткая — хорошо всем знакомые обычные роботы из твердых деталей. Мягкая же робототехника основана на использовании эластичных, очень гибких материалов. Она более природоподобна и лучше подходит для тонких манипуляций. Например, мягкие роботизированные захваты могут очень аккуратно брать и удерживать хрупкие объекты, даже яичные желтки, на что жесткие роботы не способны. Однако у мягких роботов есть свои проблемы. Они гибкие и очень аккуратные, но из-за этого слабые и сложноконтролируемые. Если бы робот мог переключаться из мягкого состояния в твердое, то он был бы значительно функциональнее.
В первую очередь для этого нужен специальный материал, который мог бы переключаться между двумя режимами в обычных условиях. Решение предложил коллектив ученых из США и Китая. Они разработали новый фазосдвигающий материал. Для этого они внедрили магнитные частицы в галлий, металл с очень низкой температурой плавления (29,8 °C). Материал получил название «магнитоактивная переходная машина твердой и жидкой фаз» (magnetoactive solid-liquid phase transitional machine).
Ключевую роль играют магнитные частицы. Они заставляют материал реагировать на переменное магнитное поле. Следовательно, с помощью индукции можно нагреть металл и вызвать фазовый переход, то есть перевести его из твердого состояния в жидкое. Обычно подобные материалы полагаются на внешние источники тепла для фазового перехода, но изобретенный учеными способ проще и эффективнее. Кроме того, магнитные частицы позволят роботам на основе материала двигаться под воздействием магнитного поля. Также новый материал значительно более текучий, чем аналоги.
Ученые проверили материал на практике. Созданные из него роботы перепрыгивали рвы, забирались на стены и даже разделялись на части (а потом собирались обратно). В одном из экспериментов робот в форме человечка Лего превратился в жидкость, чтобы пройти через сетку, а затем вернул первоначальную форму — как жидкий робот из фильма «Терминатор — 2».
Также роботы на основе материала смогли удалить инородное тело из модели желудка и доставить туда же лекарства. Кроме того, ученые показали, что их можно использовать при изготовлении сложных объектов и деталей.
«Будущая работа должна дополнительно изучить, как этих роботов можно использовать в биомедицинском контексте. То, что мы показываем, — это всего лишь разовые демонстрации, доказательства концепции, но потребуется гораздо больше исследований, чтобы понять, как это на самом деле можно использовать для доставки лекарств или для удаления посторонних предметов», — подытожил Кармел Маджиди из Университета Карнеги — Меллона.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
