Робототехника
Исследователи создают самоходные искусственные реснички
Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) успешно разработали самоходные программируемые искусственные реснички. Новое достижение появилось после многих лет попыток ученых создать крошечные искусственные реснички для миниатюрных роботизированных систем. Искусственные реснички могут помочь таким роботизированным системам выполнять очень сложные движения, такие как сгибание, скручивание и реверсирование.
Исследование было опубликовано в природа.
Строительство микроструктур
Традиционно построение микроструктур требует многоэтапных процессов изготовления и различных стимулов для создания сложных движений, что ограничивает их широкомасштабное применение.
Недавно разработанные микронные структуры могут быть использованы для многих приложений, включая мягкую робототехнику, биосовместимые медицинские устройства и динамическое шифрование информации.
Джоанна Айзенберг — профессор материаловедения Арми Смит Берилсон и профессор химии и химической биологии в SEAS. Она также является старшим автором статьи.
«Инновации в адаптивных саморегулирующихся материалах, способных к разнообразному набору запрограммированных движений, представляют собой очень активную область, которой занимаются междисциплинарные группы ученых и инженеров», — сказал Айзенберг. «Достижения, достигнутые в этой области, могут существенно повлиять на то, как мы разрабатываем материалы и устройства для различных приложений, включая робототехнику, медицину и информационные технологии».
Включение структуры для реконфигурации и продвижения
В то время как предыдущие исследования включали сложные многокомпонентные материалы для создания структурных элементов этих систем, новая команда разработала микроструктурный столб из одного материала. Этот единый материал представляет собой светочувствительный жидкокристаллический эластомер, который позволяет строительным блокам перестраиваться, а структуре изменять форму, когда свет попадает на микроструктуру.
Когда происходит изменение формы, первое, что происходит, это место, куда попадает свет, становится прозрачным, что позволяет свету глубже проникать в материал и вызывать еще большие деформации. После этого материал деформируется и форма меняется, то есть новое пятно на столбе подвергается воздействию света и также меняет форму.
Этот процесс позволяет микроструктуре двигаться по циклу движения.
Шуконг Ли — аспирант кафедры химии и химической биологии Гарварда, а также соавтор статьи.
«Эта внутренняя и внешняя петля обратной связи дает нам саморегулирующийся материал. Как только вы включаете свет, он делает всю свою работу», — сказал Ли.
Затем материал возвращается к своей первоначальной форме, когда свет выключается. Поскольку материал может скручиваться и изменять форму в зависимости от формы, простейшие конструкции можно перенастраивать и настраивать с бесконечными возможностями.
Майкл М. Ларч — научный сотрудник лаборатории Айзенберга и соавтор статьи.
«Мы показали, что можем запрограммировать хореографию этого динамического танца, адаптируя ряд параметров, включая угол освещения, интенсивность света, молекулярное выравнивание, геометрию микроструктуры, температуру, интервалы и продолжительность облучения», — сказал Лерх.
Команда также продемонстрировала, как столбы взаимодействуют друг с другом как часть массива.
«Когда эти столбы сгруппированы вместе, они взаимодействуют очень сложным образом, потому что каждый деформирующийся столб отбрасывает тень на своего соседа, которая меняется в процессе деформации», — сказал Ли. «Программирование того, как эти опосредованные тенью самооблучения изменяются и динамически взаимодействуют друг с другом, может быть полезно для таких приложений, как динамическое шифрование информации».
«Большое пространство для проектирования индивидуальных и коллективных движений потенциально может преобразовать мягкую робототехнику, микроходоки, датчики и надежные системы шифрования информации», — добавил Айзенберг.
В исследовании также приняли участие соавторы Джеймс Т. Уотерс, Болей Денг, Риз С. Мартенс, Юсин Яо, До Юн Ким, Катя Бертольди, Элисон Гринталь и Анна К. Балаш.
