RW Space

Ученые совершили прорыв в робототехнике: робот, меняющий форму, может переключаться между жидким и металлическим состояниями, чтобы перемещаться в сложных условиях без ущерба для прочности.

Поскольку они могут быть как мягкими, так и твердыми, маленькие, роботы, вдохновленные морским огурцом, могут преодолеть ограничения роботов, которые являются только одним или другим, и, таким образом, могут обеспечить большую полезность в таких областях, как сборка электроники и даже медицинские приложения.

Исследователи создали роботов преодолевать полосы препятствий, удалять или доставлять объекты в модель человеческого желудка и даже превращаться в жидкость, чтобы выбраться из клетки, прежде чем снова принять свою первоначальную гуманоидную форму.

«Предоставление роботам возможности переключаться между жидким и твердым Государства наделяют их большей функциональностью», – говорит инженер Ченгфэн Пан из Китайского университета Гонконга в Китае.

Существует много потенциальных применений для небольших роботов, которые могут перемещаться по местам, слишком маленьким или запутанным для людей. типовые инструменты, от привередливых ремонтных работ до адресной доставки лекарств. Но твердые материалы не подходят для перемещения в ограниченном пространстве или под узкими углами, тогда как мягкие, более гибкие роботы, как правило, слабы и ими труднее управлять.

Чтобы найти компромисс, группа исследователей под руководством Пан и его коллега Цинъюань Ван из Университета Сунь Ятсена в Китае обратились к природе как к источнику вдохновения. Такие животные, как морские огурцы, могут изменять жесткость своих тканей, чтобы повысить грузоподъемность и ограничить физические повреждения, а осьминоги могут изменять жесткость своих рук для маскировки, манипулирования объектами и передвижения.

Для разработки робота Чтобы сделать что-то подобное, исследователям нужен был нетоксичный материал, который мог бы легко переключаться между мягким и жестким состояниями при температуре окружающей среды. Они обратились к галлию, мягкому металлу, температура плавления которого составляет 29,76 градусов по Цельсию (85,57 градусов по Фаренгейту) при стандартном давлении — всего на несколько градусов ниже средней температуры человеческого тела. Вы можете расплавить галлий, просто держа его в руке.

Исследователи внедрили в матрицу галлия магнитные частицы, создав то, что они называют «магнитоактивной машиной фазового перехода твердое тело-жидкость».

«Магнитные частицы здесь играют две роли, — говорит инженер-механик Кармел Маджиди из Университета Карнеги-Меллона, один из ведущих авторов статьи группы.

«Во-первых, они заставляют материал реагировать на переменные магнитное поле, поэтому вы можете с помощью индукции нагреть материал и вызвать фазовый переход. Но магнитные частицы также придают роботам подвижность и способность двигаться в ответ на магнитное поле.»

После Проверяя, является ли переход из твердого состояния в жидкое обратимым (так оно и было), исследователи провели своих маленьких роботов через целый ряд тестов. Роботы могли перепрыгивать через небольшие рвы, преодолевать препятствия и даже разделяться для выполнения совместных задач, перемещая объекты, прежде чем объединяться и снова затвердевать.

У них даже была небольшая гуманоидная версия — в форме фигурки Lego — плавилась. чтобы сбежать из маленькой тюремной камеры, просочиться сквозь решетку и перестроиться на другой стороне в честь сцены из фильма «Терминатор 2».

Затем команда исследовала практическое применение. Они создали модель человеческого желудка и попросили робота проглотить и удалить небольшой предмет, содержащийся в нем — можно представить, что это удобный способ извлечения проглоченных батареек, например, — а затем выполнить обратную операцию, доставив объект по пути. команда надеется, что это может доставлять лекарства.

Для ремонта цепей роботы могут перемещаться по цепям и плавиться на них, выступая в роли проводника и припоя; и даже выступать в качестве крепежного элемента, просачиваясь в резьбовые отверстия для винтов и затвердевая, выполняя функцию винта без необходимости его фиксации на месте.

Для реальных применений машине с фазовым переходом потребуется некоторые настройки. Например, поскольку человеческое тело имеет более высокую температуру плавления, чем чистый галлий, робот, предназначенный для биомедицинских целей, может иметь матрицу из сплава на основе галлия, которая повысит температуру плавления при сохранении функциональности.

Это, говорят исследователи, еще предстоит подробно изучить.

«В будущей работе следует дополнительно изучить, как этих роботов можно использовать в биомедицинском контексте», — говорит Маджиди.

«Что мы показывают только разовые демонстрации, доказательства концепции, но потребуется гораздо больше исследований, чтобы понять, как это можно использовать для доставки лекарств или удаления посторонних предметов».

Исследование завершилось. опубликовано в Matter.