Учёные Северо-Западного университета (Northwestern University), Чикаго, США, разработали материал, похожий на живое тело, для создания мягкого робота. Робот может быстро передвигаться по заданной траектории, подбирать и перевозить грузы, подниматься на холмы и даже танцевать брейк.
Робот размером в сантиметр движется без сложного оборудования, гидравлики и электричества. Он активируется светом и движется в направлении внешнего вращающегося магнитного поля.
Похожий на четырёхногого осьминога, робот функционирует внутри заполненного водой резервуара. Исследователи собираются настраивать движения миниатюрных роботов на катализацию различных химических реакций и добывать с их помощью ценные продукты. Роботы также могут быть сконструированы таким образом, чтобы распознавать и удалять нежелательные частицы в определённых средах, или для точной доставки терапевтических средств или клеток к определённым тканям.
«Обычные роботы — это, как правило, тяжёлые машины с большим количеством оборудования и электроники, которые не могут безопасно взаимодействовать с мягкими структурами, в том числе с людьми. Мы разработали мягкие материалы с молекулярным интеллектом, чтобы они могли вести себя как роботы любого размера и выполнять полезные функции в крошечных пространствах, под водой или под землей»,
«Комбинируя ходовые и рулевые движения, мы можем программировать определённые последовательности магнитных полей, которые дистанционно управляют роботом и заставляют его следовать по траекториям на плоских или наклонных поверхностях. Эта программируемая функция позволяет нам направлять робота через узкие проходы со сложными маршрутами»,
Учёные давно занимаются разработками мягких, маленьких и подвижных роботов, которые были бы функциональными и при этом просто устроенными. Данное исследование основано на предыдущей работе Ступпа по созданию «роботизированной мягкой материи», имитирующей живых морских существ. В предыдущем исследовании, опубликованном в начале этого года, описывался робот, способный сгибаться и ползать по поверхности, делая один шаг каждые 12 часов. Теперь робот способен двигаться гораздо быстрее — около одного шага в секунду.
Он также может забирать груз и доставлять его в пункт назначения. Затем он сбрасывает груз на новое место: для этого он переворачивается, позволяя грузу плавно соскользнуть, или выполняет вращающийся «брейк-дэнс», чтобы высвободить клейкие предметы.
«Дизайн новых материалов, имитирующих плоть живых существ, позволяет не только быстрее реагировать, но и выполнять более сложные функции. Мы можем изменить форму синтетических существ и добавить им ног, а также наделить эти безжизненные материалы разными походками и способностью к более или менее умному поведению. Это делает их в высшей степени универсальными и приспособленными для выполнения различных задач»,
Секрет точного движения и маневренности робота кроется в его заполненной водой структуре и встроенном скелете из ферромагнитных никелевых нитей. Мягкий компонент представляет собой спроектированную на уровне молекул сеть с деталями, позволяющими роботу реагировать на свет, удерживать или выталкивать воду изнутри и быстро реагировать на магнитные поля.
При воздействии света молекулы на мягком корпусе робота становятся гидрофобными. Это преобразование приводит к тому, что робот «оживает», переходя из плоского положения в стоячее. В этом состоянии материал может оперативно реагировать на вращающиеся магнитные поля и ходить. Когда свет выключается, молекулы возвращаются в исходное состояние и робот становится плоским, но в любое время он готов к новому циклу активности — достаточно направить на него светодиод и поместить вблизи магнитное поле.
При воздействии вращающихся магнитных полей внутренний скелет робота прилагает циклические усилия к мягкой молекулярной сети и активизирует ноги робота. Вращающееся поле может быть запрограммировано на навигацию устройства по заранее заданному пути.
Ступп и Ольвера де ла Круз считают, что эти мягкие материалы потенциально могут быть использованы для создания объектов, применимых во многих областях, включая химическое производство, экологически важные технологии, медицину.
«В конце концов, мы хотели бы создать армию микророботов, которые могли бы скоординированно выполнять сложную задачу. Мы можем настроить их молекулярно, чтобы они взаимодействовали друг с другом, имитируя рой птиц и бактерий в природе или косяки рыб в океане. Молекулярная универсальность платформы позволяет искать новые, заранее не задуманные применения»,
