Ученые создали робота, который может переключаться между жидким и твердым состоянием. Видео

Ученым удалось создать роботов, умеющую изменять форму, переключаясь между жидким и твердым состоянием, чтобы ориентироваться в сложных средах без ущерба для прочности.

• Отходы на лекарства: ученые смогли переработать мусор в ингредиенты для производства лекарств

Детали

Поскольку они могут быть как мягкими, так и жесткими, такие устройства могут преодолеть ограничения роботов, которые являются лишь одним или другим, а потому имеют потенциал для большей пользы в таких сферах, как сборка электроники и даже применение в медицине.

Исследователи заставили роботов преодолевать полосы препятствий, удалять или доставлять объекты в модель человеческого желудка и даже разжижаться, чтобы выйти из клетки, прежде чем вернуться к своей первоначальной гуманоидной форме. Инженер Ченфен Пан из Китайского университета Гонконга отмечает, что предоставление роботам возможности переключаться между редким и твердым состояниями наделяет их большей функциональностью. При этом при создании таких роботов ученые вдохновлялись не фильмом "Терминатор 2", а природой, в частности морскими огурцами.

Существует много сфер, которые нуждаются в маленьких роботах, которые могут передвигаться в запутанных и труднодоступных системах. Но и жесткие, и жидкие материалы имеют свои плюсы и минусы в разных условиях использования, поэтому ученые решили создать "универсального бойца".

Чтобы найти компромисс, команда исследователей под руководством Пана и его коллеги Циньюань Ван из Университета Сунь Ятсена в Китае обратилась 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 предметами и передвижения.

Чтобы сконструировать робота, который может делать что-то подобное, исследователям нужен был нетоксичный материал, который мог легко переходить между мягким и твердым состояниями при температуре окружающей среды. Они обратились к галлию – мягкому металлу, который имеет температуру плавления 29,76 градусов по Цельсию при стандартном давлении. Вы можете расплавить галлий, просто держа его в руке, ведь температура нашего тела выше температуры плавления этого металла.

Исследователи построили галлиевую матрицу с магнитными частицами, создав то, что они называют "магнитоактивной машиной фазового перехода твердость-жидкость". Инженер-механик из Университета Карнеги-Меллона Кармел Маджиди отмечает:

Магнитные частицы здесь выполняют две роли. Одна состоит в том, что они делают материал чувствительным к переменному магнитному полю, поэтому вы можете с помощью индукции нагреть материал и вызвать изменение фазы. Но магнитные частицы также придают роботам мобильность и способность двигаться в ответ на изменение магнитного поля.

Проверив, есть ли переход от твердого состояния к жидкому обратимым, исследователи провели своих маленьких роботов через ряд тестов. Роботы могли прыгать через небольшие рвы, перелезать через препятствия и даже разделяться, чтобы выполнять кооперативные задачи, перемещая объекты перед рекомбинацией и повторным отвердением.

У них даже была маленькая гуманоидная версия – в форме фигурки Лего, которая могла растаять, чтобы вырваться из маленькой тюремной камеры, проникая сквозь решетку и твердея на другой стороне (надеемся, что этот маленький робот никогда не вырастет в жидкого терминатора).

Затем команда изучила практическое применение. Они создали модель человеческого желудка и заставили робота поглотить и удалить содержащийся в нем небольшой объект. Так изобретение можно использовать, чтобы извлечь, например, проглоченные батарейки. Также такой робот сможет производить обратную функцию: например, доставлять лекарства организмом.

Для реальных применений машина фазового перехода требует определенных настроек. Например, поскольку температура человеческого тела выше температуры плавления чистого галлия, робот, разработанный для биомедицинских целей, может иметь матрицу из сплава на основе галлия, которая повысит температуру плавления, сохраняя функциональность. Это еще требует тщательных исследований. Кармел Маджиди отмечает:

Предстоящая работа должна продолжить исследование того, как эти роботы могут быть использованы в биомедицинском контексте. То, что мы показываем, это лишь одноразовые демонстрации, доказательства концепции, но потребуется еще много исследований, чтобы понять, как это действительно можно использовать для доставки лекарств или для удаления посторонних предметов.

Ранее мы сообщали, что цифровое сканирование мумифицированного подростка раскрыло секреты, остававшиеся загадкой тысячелетиями. Похороненная примерно 2300 лет назад, мумия "Золотого мальчика" была найдена в 1916 году в южном Египте и с тех пор хранилась в подвале Египетского музея в Каире.