Fyzici pokročili v oblasti příští generace robotů, které mění tvar

Tým fyziků z Univerzity v Bathu objevil nový způsob, jak pokrýt měkké roboty materiály, které umožňují jejich lepší pohyb a funkci. Tento nový pokrok povede k vývoji příští generace robotů, které mění tvar.

Výzkum byl zveřejněn v odborném časopise Science Advances.

Zásadní průlom v oblasti aktivní hmoty

Podle autorů studie by tento nový průlom v oblasti “aktivní hmoty” mohl být zásadním obratem v navrhování robotů. Pokud bude tento koncept dále rozvíjen, odborníci by mohli nakonec určit tvar, chování a pohyb měkkého pevného tělesa pomocí lidské kontroly na jeho povrchu, místo jeho přirozené pružnosti.

Povrch většiny měkkých materiálů se smršťuje do koule, podobně jako tomu je u kapaliny, která vytváří kapky. To se děje kvůli tomu, že povrch kapalin a jiných měkkých materiálů přirozeně kontrahuje do nejmenší možné povrchové oblasti. Avšak aktivní hmota může být navržena tak, aby tento vzorec nedodržovala.

S těmito technikami a aktivní hmotou doufají odborníci, že příští generace strojů bude vyrobena z mnoha jednotlivých aktivních jednotek, které budou spolupracovat, aby určily pohyb a funkci stroje. Před touto možností byly tyto stroje řízeny centrálním kontrolérem. Nový design je podobný tomu, jak fungují naše vlastní biologické tkáně.

Navrhování nových měkkých strojů

Vědci by mohli tento design použít k vytvoření měkkých strojů s rameny složené z pružných materiálů poháněných roboty, které jsou umístěny na povrchu materiálů. Další možností je změna velikosti a tvaru kapslí pro doručování léků pokrytím povrchu nanočástic aktivní a reagující hmotou.

Podle Dr. Jacka Binyše, prvního autora studie, je jedním z nejzajímavějších aspektů nového vývoje to, že zpochybňuje způsob, jakým se díváme na “známá pravidla přírody”.

“Aktivní hmota nás nutí podívat se na známá pravidla přírody – pravidla, jako je skutečnost, že povrchový napětí musí být kladné – v novém světle. Zjišťování, co se stane, když tato pravidla porušíme, a jak můžeme využít výsledky, je zajímavé místo pro výzkum,” říká Dr. Binyš.

Dr. Anton Souslov je odpovídajícím autorem výzkumu.

“Tato studie je důležitým důkazem konceptu a má mnoho užitečných implikací. Například budoucí technologie by mohla produkovat měkké roboty, které jsou mnohem pružnější a lepší při zvedání a manipulaci s jemnými materiály,” říká Dr. Souslov.

Výzkumníci vyvinuli teorii a simulace, aby popsali 3D měkké pevné těleso s povrchem, který zažívá aktivní stresy. Výsledky ukázaly, že aktivní stresy expandují povrch materiálu a táhnou pevné těleso pod ním, což způsobuje globální změnu tvaru. Tvar, který pevné těleso zaujme, by mohl být poté změněn úpravou elastických vlastností materiálu.

Tým výzkumníků se nyní bude snažit aplikovat tento princip na navrhování konkrétnějších robotů a budou se hlouběji zabývat kolektivním chováním a tím, co se stane, když jsou více aktivní pevná tělesa spolu zabalená.