Сантиметровый робот, вес которого на 90% состоит из воды, перемещается без сложного оборудования, гидравлики или электричества. Вместо этого он активируется светом и движется в направлении внешнего вращающегося магнитного поля.
Напоминающий четвероногого осьминога, робот функционирует внутри резервуара, наполненного водой. Это делает его идеальным для использования в водной среде.
«Обычные роботы — это, как правило, тяжелые машины с большим количеством оборудования и электроники, которые не могут безопасно взаимодействовать с мягкими структурами, включая людей, — объясняет Сэмюэл И. Ступп, руководивший экспериментальным исследованием. — 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 ходьбу и рулевое движение вместе, мы можем запрограммировать определенные последовательности магнитных полей, которые удаленно управляют роботом и направляют его по траекториям на плоских или наклонных поверхностях, — добавила Моника Ольвера де ла Крус, руководившая теоретической работой в исследовании. — Эта программируемая функция позволяет направлять робота через узкие проходы со сложными маршрутами».
Новое исследование основано на предыдущей работе Ступпа по созданию «роботизированной мягкой материи», которая имитирует живых морских существ. В предыдущем исследовании, роботизированный материал мог изгибаться в течение нескольких минут и ползать по поверхности, делая один шаг каждые 12 часов. Однако уже сегодня робот двигается со скоростью человека — примерно один шаг в секунду — и реагирует на магнитные поля. Они заставляют эти материалы следовать определенным траекториям.
Объединив реакции на свет и магнитные поля, исследователи разработали робота, который также может поднимать груз и доставлять его в пункт назначения пешком или катаясь. Затем он сбрасывает груз в новом месте, либо изменяя его форму, позволяя плавным грузам мягко соскользнуть с робота, либо выполняя вращающийся «брейк-данс», чтобы сместить и высвободить более липкие объекты.
Секрет точного движения и маневренности робота заключается в его заполненной водой структуре и встроенном каркасе из выровненных ферромагнитных никелевых нитей. Мягкий компонент представляет собой сеть, построенную на молекулярном уровне, с частями, которые позволяют ему реагировать на свет, удерживать или вытеснять воду внутри. Они также обладают необходимой жесткостью, чтобы быстро реагировать на магнитные поля.
Команда Северо-Западного Университета использовала химический синтез, чтобы запрограммировать молекулы внутри гидрогеля на реакцию на свет. Под воздействием света молекулы робота становятся гидрофобными. Это заставляет робота «оживать», наклоняясь из плоского положения в «стоячее». Исследователи обнаружили, что этот изгиб позволяет материалу быстро реагировать на вращающиеся магнитные поля, активируя его способность быстро ходить. Когда свет выключается, молекулы возвращаются в исходное состояние, и робот становится плоским. Но он готов в любой момент к новому циклу активности под магнитным полем, когда на него указывает светодиод.
Ступп и Ольвера де ла Крус уверены, что эти их разработка в будущем пригодится в качестве интеллектуальных биоматериалов для высокоразвитой медицины.
Читать также
Посмотрите на самый подробный каталог миллиардов звезд Млечного Пути
Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное
Крупнейшая магнитная буря позволит увидеть северное сияние из Москвы