Робота, который может свободно двигаться под водой, нелегко построить. Исследовательская группа из Института интеллектуальных систем Макса Планка и Университета Тампере в Финляндии теперь преуспела в этом благодаря использованию материала, который никогда не использовался при конструировании мягких роботов: Snail-o-Bot сделан из светочувствительных материалов Жидкокристаллические гели (LCG).
Водяные улитки как образец для подражания
Большинство известных мягких материалов трудно деформируются и эффективно работают под водой. При поиске подходящего материала исследователи вдохновлялись природой: «Мы исследовали различных животных, которые могут легко перемещаться в воде», - объясняет Хамед Шахсаван, аспирант кафедры физического интеллекта.
«Животные, которые могут очень хорошо двигаться в жидкости, - это животные с очень мягким и гелеобразным телом. Нашей героиней была испанская танцовщица, которая может как передвигаться по морскому дну, так и свободно плавать. Но другие беспозвоночные, мягкие животные также вдохновили нас, таких как улитки ».
Робот ползет, бегает, прыгает и плавает под светом
Гелеподобное тело в качестве основного требования - вскоре они согласились с использованием сжиженного нефтяного газа в качестве строительных материалов, поскольку у них есть несколько преимуществ. Во-первых , они реагируют на свет. Это означает, что Snail-o-Bot можно перемещать на борту без привода, датчика и исполнительных элементов. Даже с небольшим количеством энергии робот может выполнять различные типы движений.
Второе преимущество заключается в том, что, располагая молекулы геля по определенной схеме, общая конструкция может изменить свою форму всего на несколько миллиметров, когда свет освещает определенные части робота. Из-за этого целенаправленного выравнивания молекул геля исследователи говорят о «программируемых изменениях формы».
Как только светочувствительный, вялый материал в виде резиновой ленты подвергается воздействию света, он может быстро и обратимо изменять форму: он может ползать, бегать, прыгать и плавать. Это связано с тем, что LCG уменьшают свою плотность при воздействии света на 7–8 процентов. Со светом отдельные LCG становятся легче и всплывают вверх. Робот приводится в действие фототермически благодаря плавучести освещаемых частей и включению и выключению света через определенные промежутки времени.
Мягкие роботы для медицины
Преимущество маленького робота: у него низкая потребность в энергии (в 20-30 раз меньше энергии, чем у негелевых конструкций, по мнению исследователей), и изменение формы может быть предварительно запрограммировано из-за молекулярной ориентации. Шахсаван объясняет: «Мы представляем решение для контроля и перемещения мягких материалов под водой быстро, эффективно и контролируемым образом. Мы надеемся вдохновить других роботов, которые, как и мы, пытаются создавать беспроводных и мягких роботов, которые могут свободно перемещаться в жидкости ».
Мягкие роботы особенно востребованы в малоинвазивной, робототехнической медицине и биотехнологии. Однажды улитка-о-бот также может быть использован здесь. Но исследователям еще предстоит развиваться дальше: «В будущем мы попытаемся использовать этот материал с источниками энергии, отличными от света, поскольку свет извне не может проникнуть через человеческое тело. Мы надеемся, что однажды мы сможем использовать наш сделать мягкую конструкцию настолько маленькой, чтобы мы могли перемещать и контролировать ее через тело с помощью инфракрасного излучения, акустических волн, электрических или магнитных полей ».
Исследователи опубликовали свою работу «Bioinspired подводной локомоции световых жидкокристаллических гелей» в трудах Национальной академии наук PNAS в феврале 2020 года.