Fizycy rozwijają następną generację robotów zmieniających kształt

Zespół fizyków z Uniwersytetu w Bath odkrył nowy sposób pokrywania miękkich robotów materiałami, które umożliwiają im bardziej efektywne poruszanie się i funkcjonowanie. Ten nowy przełom doprowadzi do powstania następnej generacji robotów zmieniających kształt.

Badania zostały opublikowane w naukowym czasopiśmie Science Advances.

Przełom w materii aktywnej

Według autorów studium, nowy przełom w dziedzinie “materii aktywnej” może być punktem zwrotnym w projektowaniu robotów. Jeśli ten koncept zostanie dalej rozwinięty, eksperci będą mogli ostatecznie określać kształt, zachowanie i ruch miękkiej substancji poprzez kontrolowaną przez człowieka aktywność na jej powierzchni, zamiast naturalnej elastyczności.

Powierzchnia większości miękkich materiałów kurczy się w kształt sfery, podobnie jak woda tworzy krople. Dzieje się tak, ponieważ powierzchnia cieczy i innych miękkich materiałów naturalnie kurczy się do najmniejszej możliwej powierzchni. Jednak materia aktywna może być zaprojektowana tak, aby nie podążała za tym wzorcem.

Z użyciem tych technik i materii aktywnej eksperci mają nadzieję, że następna generacja maszyn będzie składać się z wielu indywidualnych aktywnych jednostek, które współpracują, aby określać ruch i funkcjonowanie maszyny. Przed tą możliwością maszyny były sterowane przez centralny kontroler. Nowy projekt jest podobny do tego, jak funkcjonują nasze własne biologiczne tkanki.

Projektowanie nowych miękkich maszyn

Naukowcy mogą wykorzystać ten projekt, aby stworzyć miękkie maszyny z ramionami składającymi się z giętkich materiałów napędzanych przez roboty umieszczone na powierzchni materiałów. Inną możliwością jest zmiana rozmiaru i kształtu kapsułek do dostarczania leków poprzez pokrycie powierzchni nano-cząstek odpowiedzialnym i aktywnym materiałem.

Według dra Jacka Binysha, pierwszego autora studium, jednym z najbardziej interesujących aspektów nowego rozwoju jest to, że wyzwala on nowe spojrzenie na “znane prawa natury”.

“Materia aktywna zmusza nas do spojrzenia na znane prawa natury – prawa takie jak fakt, że napięcie powierzchniowe musi być dodatnie – w nowym świetle. Widzenie, co się dzieje, gdy złamiemy te prawa, i jak możemy wykorzystać wyniki, jest ekscytującym miejscem do prowadzenia badań”, mówi dr Binysh.

Dr Anton Souslov jest współautorem badań.

“To studium jest ważnym dowodem koncepcji i ma wiele użytecznych implikacji. Na przykład, przyszła technologia może wyprodukować miękkie roboty, które są znacznie bardziej giętkie i lepiej radzą sobie z delikatnymi materiałami”, mówi dr Souslov.

Badacze opracowali teorię i symulacje, aby opisać 3D miękką substancję o powierzchni, która doświadcza aktywnych napięć. Wyniki pokazały, że aktywne napięcia rozszerzają powierzchnię materiału i pociągają substancję pod spodem, co powoduje globalną zmianę kształtu. Kształt, jaki substancja może przyjąć, może być następnie zmieniony poprzez zmianę właściwości sprężystych materiału.

Zespół badaczy będzie teraz starał się zastosować ten principio do projektowania bardziej specyficznych robotów i zagłębi się głębiej w zachowanie zbiorowe i to, co się dzieje, gdy wiele aktywnych substancji jest upakowanych razem.