Американские ученые разработали новый подход к созданию мягких роботов из резины и легкоплавких металлов. Новый материал можно деформировать, фиксировать в новой форме и возвращать в исходное состояние. Разработку в будущем можно будет использовать для создания многофункциональных мягких роботов. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
В природе встречается множество организмов, которые свободно меняют форму своего тела для выполнения разных функций. Осьминоги меняют форму тела, чтобы двигаться и взаимодействовать с окружающей средой. Мышцы человека не только выдерживают внешнюю нагрузку, но и поддерживают форму тела. Растения тоже способны двигаться в течение дня за источником света.
Американские ученые решили разработать материал, который мог бы менять форму, удерживать ее и возвращаться в исходное состояние. Такой материал должен быть одновременно и достаточно мягким, чтобы без повреждений выдерживать деформации, и достаточно жестким, чтобы робот мог выполнять свои функции. Источником вдохновения стало киригами — японское искусство изготовления фигурок из бумаги с помощью ножниц. Наблюдая за прочностью этих узоров киригами в резине и композитах, ученые смогли создать повторяющийся геометрический узор. Чтобы материал, из которого будет изготовлен робот, мог деформироваться и сохранять форму, ученые использовали эндоскелет из легкоплавкого сплава, обтянутый резиной.
Обычно, если металл слишком сильно растянуть, он может треснуть или застыть в деформированной форме. Однако композит из металлического сплава и резины мог быстро принимать нужную форму и удерживать ее. Чтобы робот мог принимать исходную форму, исследователи установили в него нагреватели. При нагреве до 60°С металл плавился. Резиновая «кожа» не позволяла ему растечься, удерживая в нужной форме, которую металл затем принимал при застывании. Это свойство композита исследователи назвали «обратимой пластичностью».
Из полученного материала ученые смогли делать предметы разных форм: шары, цилиндры и даже фигуру, имитирующую обычный перец. При этом форма менялась быстро — всего за одну десятую долю секунды. Поврежденный материал можно было восстановить благодаря плавлению — ученые плавили и восстанавливали материал.
Совместив этот материал с двигателями и системой управления, ученые создали многофункциональный дрон, который может самостоятельно «превращаться» из наземного аппарата в воздушный. Ученые полагают, что разработанный ими композит может применяться в сфере разработки многофункциональных мягких роботов.
«Мы в восторге от возможностей, которые этот материал открывает для многофункциональных роботов. Эти композиты достаточно прочны, чтобы противостоять нагрузкам от двигателей или силовых установок, но при этом могут легко изменять форму, что позволяет машинам адаптироваться к окружающей среде», — рассказал Эдвард Дж. Бэррон III из Технологического института Вирджинии, один из авторов исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
