Fysikere fremskynder næste generations form-skifter-robotter

Et hold fysikere fra University of Bath har opdaget en ny måde at belægge bløde robotter med materialer, der giver dem mulighed for at bevæge sig og fungere mere effektivt. Den nye fremgang vil føre til næste generation af form-skifter-robotter.

Forskningen er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science Advances.

Stor gennembrud på aktivt stof

Ifølge studiets forfattere kan det nye gennembrud på ‘aktivt stof’ være et større vendepunkt i robotdesign. Hvis konceptet udvikles yderligere, kan eksperterne til sidst bestemme form, adfærd og bevægelse af en blød fast stof ved menneskekontrolleret aktivitet på overfladen, snarere end dets naturlige elasticitet.

Overfladen af de fleste bløde materialer trækker sig sammen til en kugle, ligesom vand samler sig i dråber. Dette sker på grund af overfladen af væsker og andre bløde materialer naturligt trækker sig sammen til den mindste overflade, der er mulig. Men aktivt stof kan designes til ikke at følge denne mønster.

Med disse teknikker og aktivt stof håber eksperterne, at næste generation af maskiner vil blive lavet af mange enkeltstående aktive enheder, der arbejder sammen for at bestemme maskinens bevægelse og funktion. Før denne mulighed var disse maskiner styret af en central controller. Den nye design ligner måden, vores egne biologiske væv fungerer.

Design af nye bløde maskiner

Forskere kunne tage denne design og skabe bløde maskiner med arme bestående af fleksible materialer, der er drevet af robotter, der er placeret på overfladen af materialerne. En anden mulighed er at ændre størrelsen og formen på kapsler for lægemiddel-levering ved at belægge overfladen af nanopartikler med et responsivt og aktivt stof.

Ifølge Dr. Jack Binysh, der er første forfatter på studiet, er en af de mest interessante aspekter af den nye udvikling, at den udfordrer måden, vi ser på “familiære regler for naturen”.

“Aktivt stof får os til at se på de familiære regler for naturen – regler som f.eks. overfladespænding skal være positiv – i et nyt lys. At se, hvad der sker, hvis vi bryder disse regler, og hvordan vi kan udnytte resultaterne, er en spændende placering at være i forskning,” siger Dr. Binysh.

Dr. Anton Souslov er en korresponderende forfatter på forskningen.

“Denne studie er et vigtigt bevis på koncept og har mange nyttige implikationer. For eksempel kunne fremtidig teknologi producere bløde robotter, der er langt mere bløde og bedre til at samle og manipulere ømfølsomme materialer,” siger Dr. Souslov.

Forskerne udviklede teorier og simulationer for at beskrive en 3D-blød fast stof med en overflade, der oplever aktive spændinger. Resultaterne viste, at de aktive spændinger udvider overfladen af materialet og trækker den faste stof under, hvilket forårsager en global formændring. Formen, som den faste stof antager, kan derefter ændres ved at ændre materialets elastiske egenskaber.

Holdet af forskere vil nu søge at anvende dette princip til at designe mere specifikke robotter, og de vil dykke dybere ind i kollektiv adfærd og hvad der sker, når multiple aktive faste stoffer er pakket sammen.