Fysiker gör framsteg med nästa generations formförändrande robotar

Ett team av fysiker vid University of Bath har upptäckt ett nytt sätt att belägga mjuka robotar med material som gör att de kan röra sig och fungera mer effektivt. Detta nya framsteg kommer att leda till nästa generation av formförändrande robotar. 

Forskningen publicerades i den vetenskapliga tidskriften Science Advances. 

Stort genombrott inom aktiv materia

Enligt studiens författare kan detta nya genombrott inom “aktiv materia” vara en vändpunkt i robotdesignen. Om konceptet utvecklas vidare kan experter till slut bestämma formen, beteendet och rörelsen av en mjuk fast substans genom mänsklig kontroll på dess yta, snarare än dess naturliga elasticitet. 

Ytan på de flesta mjuka material drar ihop sig till en sfär, liknande det sätt som vatten bildar droppar. Detta beror på att ytan på vätskor och andra mjuka material naturligt drar ihop sig till den minsta möjliga ytan. Men aktiv materia kan utformas för att inte följa detta mönster. 

Med dessa tekniker och aktiv materia hoppas experterna att nästa generation av maskiner kommer att tillverkas av många enskilda aktiva enheter som samarbetar för att bestämma maskinens rörelse och funktion. Tidigare var dessa maskiner styrda av en central kontrollenhet. Den nya designen liknar det sätt som våra egna biologiska vävnader fungerar. 

Utformning av nya mjuka maskiner

Forskare kan ta denna design och skapa mjuka maskiner med armar som består av flexibla material som drivs av robotar som är belagda på materialets yta. En annan möjlighet är att ändra storleken och formen på kapslar för läkemedelsleverans genom att belägga ytan på nanopartiklar med ett responsivt och aktivt material. 

Enligt Dr. Jack Binysh, den första författaren till studien, är en av de mest intressanta aspekterna av den nya utvecklingen att den utmanar det sätt vi ser på “välbekanta naturlagar.” 

“Aktiv materia gör att vi ser på de välbekanta naturlagarna — lagar som att ytspänning måste vara positiv — i ett nytt ljus. Att se vad som händer om vi bryter mot dessa lagar och hur vi kan utnyttja resultaten är en spännande plats att bedriva forskning,” säger Dr. Binysh. 

Dr. Anton Souslov är en korresponderande författare till forskningen. 

“Denna studie är ett viktigt bevis för konceptet och har många användbara implikationer. Till exempel kan framtida teknik producera mjuka robotar som är ännu mjukare och bättre på att plocka upp och manipulera ömtåliga material,” säger Dr. Souslov. 

Forskarna utvecklade teorier och simuleringar för att beskriva en 3D-mjuk fast substans med en yta som upplever aktiva spänningar. Resultaten visade att de aktiva spänningarna expanderar materialets yta och drar den understa delen, vilket orsakar en global formförändring. Formen som den fasta substansen tar kan sedan ändras genom att ändra materialets elastiska egenskaper. 

Forskarteamet kommer nu att tillämpa denna princip för att utforma mer specifika robotar och kommer att dyka djupare in i kollektivt beteende och vad som händer när flera aktiva fasta substanser packas ihop.