Вчені зробили прорив у робототехніці: робота, що змінює форму, може перемикатися між рідким і металевим станами, щоб орієнтуватися в складних середовищах без шкоди для міцності. Оскільки вони можуть бути як м’якими, так і жорсткими, маленькі роботи, натхненні морськими огірками, можуть подолати обмеження роботів, які є лише одним або іншим, і, отже, мають потенціал для більшої користі в таких сферах, як складання електроніки та навіть застосування в медицині.
Дослідники змусили роботів долати смуги перешкод, видаляти або доставляти об’єкти до моделі людського шлунка і навіть розріджуватися, щоб вийти з клітки, перш ніж повернутися до своєї первісної гуманоїдної форми.
«Надання роботам можливості перемикатися між рідким і твердим станами наділяє їх більшою функціональністю», — каже інженер Ченфен Пан з Китайського університету Гонконгу в Китаї.
Є багато потенційних застосувань для маленьких роботів, які можуть пересуватися в місцях, занадто малих або заплутаних, щоб люди могли керувати ними за допомогою типових інструментів, від вибагливих ремонтних робіт до адресного доставлення ліків. Але тверді матеріали не є найкращими для навігації в обмеженому просторі чи вузьких кутах, тоді як м’які, більш гнучкі роботи, як правило, слабкі, і ними важче керувати.
Щоб знайти компроміс, команда дослідників під керівництвом Пана та його колеги Ціньюань Ван з Університету Сунь Ятсена в Китаї звернулася до природи як до джерела натхнення. Такі тварини, як морські огірки, можуть змінювати жорсткість своїх тканин, щоб підвищити вантажопідйомність і обмежити фізичні пошкодження, а восьминоги можуть змінювати жорсткість своїх рук для маскування, маніпулювання предметами та пересування.
Щоб сконструювати робота, який може робити щось подібне, дослідникам потрібен був нетоксичний матеріал, який міг би легко переходити між м’яким і твердим станами при температурі навколишнього середовища. Вони звернулися до галію, м’якого металу, який має температуру плавлення 29,76 градуса за Цельсієм (85,57 градуса за Фаренгейтом) при стандартному тиску – лише на кілька градусів нижче середньої температури людського тіла. Ви можете розплавити галій, просто тримаючи його в руці.
Дослідники вбудували галієву матрицю з магнітними частинками, створивши те, що вони називають «магнітоактивною машиною фазового переходу тверда рідина».
«Магнітні частинки тут виконують дві ролі», — каже інженер-механік Кармел Маджіді з Університету Карнегі-Меллона, один зі старших авторів статті команди.
«Одна полягає в тому, що вони роблять матеріал чутливим до змінного магнітного поля, тому ви можете за допомогою індукції нагріти матеріал і викликати зміну фази. Але магнітні частинки також надають роботам мобільність і здатність рухатися у відповідь на зміну магнітного поля. магнітне поле.”
Перевіривши, чи є перехід від твердого стану до рідкого оборотним (так і було), дослідники провели своїх маленьких роботів через низку тестів. Роботи могли стрибати через невеликі рови, перелазити через перешкоди і навіть розділятися, щоб виконувати кооперативні завдання, переміщуючи об’єкти перед рекомбінацією та повторним затвердінням.
У них навіть була маленька гуманоїдна версія – у формі фігурки Лего – танула, щоб вирватися з маленької тюремної камери, просочуючись крізь ґрати та переформуючись на іншій стороні на честь сцени з фільму «Термінатор 2».
Потім команда дослідила практичне застосування. Вони створили модель людського шлунка та змусили робота поглинути та видалити невеликий об’єкт, що міститься в ньому – можна уявити, що корисний спосіб, наприклад, витягти проковтнуті батареї – а потім виконати зворотну операцію, доставляючи об’єкт команда сподівається, що це може доставити наркотики.
Для ремонту ланцюгів роботи могли переходити до ланцюгів і розплавлятися на них, щоб діяти як провідник і припій; і навіть виступати в якості кріплення, просочуючись у різьбові гнізда для гвинтів і застигаючи, виконуючи функцію гвинта без потреби когось фіксувати його на місці. Для реальних застосувань машина фазового переходу потребує певних налаштувань. Наприклад, оскільки температура плавлення людського тіла вища за температуру плавлення чистого галію, робот, розроблений для біомедичних цілей, може мати матрицю зі сплаву на основі галію, яка підвищить температуру плавлення, зберігаючи функціональність.
Це, кажуть дослідники, ще належить детально дослідити.
«Майбутня робота має продовжити дослідження того, як ці роботи можуть бути використані в біомедичному контексті», — каже Маджіді. «Те, що ми показуємо, — це лише одноразові демонстрації, докази концепції, але знадобиться ще багато досліджень, щоб зрозуміти, як це насправді можна використовувати для доставлення ліків або для видалення сторонніх предметів». Джерело