Дослідники створили самохідні штучні війки

Дослідники в Гарвардській школі інженерії та прикладних наук (SEAS) успішно розробили самохідні, програмовані штучні війки. Ця нова розробка стала можливою після років спроб вчених створити мініатюрні штучні війки для роботизованих систем. Штучні війки можуть допомогти таким роботизованим системам виконувати складні рухи, такі як згинання, скручування та зміна напрямку.

Дослідження було опубліковано в Nature.

Конструкція мікроструктур

Традиційно, конструкція мікроструктур вимагає багатостадійних процесів виготовлення та різних стимулів для створення складних рухів, що обмежувало їх широке застосування.

Нові розроблені мікроструктури можуть бути використані для багатьох застосунків, включаючи м’яку робототехніку, біосумісні медичні пристрої та динамічне шифрування інформації.

Джоанна Айзенберг є професором матеріалознавства та хімії в SEAS. Вона також є старшим автором статті.

“Інновації в адаптивних саморегульованих матеріалах, які здатні до різноманітних програмованих рухів, представляють дуже активну область, яка розбирається міждисциплінарними командами вчених та інженерів”, – сказала Айзенберг. “Досягнуті успіхи в цій галузі можуть суттєво вплинути на те, як ми проектуємо матеріали та пристрої для різноманітних застосунків, включаючи робототехніку, медицину та інформаційні технології”.

Забезпечення структури для перебудови та руху

Хоча попередні дослідження涉али складні багатокомпонентні матеріали для досягнення структурних елементів цих систем, нова команда розробила мікроструктурну колону з одного матеріалу. Цей матеріал є фотоактивним ліквід-кристалічним еластомером, який дозволяє будівельним блокам перебудовуватися та зміну форми при освітленні мікроструктури.

Коли відбувається зміна форми, перша річ, яка відбувається, – це те, що місце, де світло потрапляє, стає прозорим, що дозволяє світлу проникати глибше в матеріал та викликати подальші деформації. Після цього матеріал деформується та змінює форму, що означає, що нове місце на колоні піддається світлу та змінює форму також.

Цей процес дозволяє мікроструктурі рухатися в циклі руху.

Шуцон Лі є аспірантом кафедри хімії та хімічної біології в Гарварді, а також співавтором статті.

“Цей внутрішній та зовнішній зворотний зв’язок дає нам саморегульований матеріал. Як тільки ви включите світло, він робить всю свою роботу”, – сказав Лі.

Матеріал потім повертається до своєї первинної форми, коли світло вимикається. Оскільки матеріал може скручуватися та змінювати рух зі своєю формою, найпростіші структури можуть бути перебудовані та налаштовані з безліччю можливостей.

Майкл М. Лерх є постдокторантом в лабораторії Айзенберг та співавтором статті.

“Ми показали, що можемо програмувати хореографію цього динамічного танцю, налаштовуючи ряд параметрів, включаючи кут освітлення, інтенсивність світла, молекулярну орієнтацію, геометрію мікроструктури, температуру та інтервали та тривалість опромінення”, – сказав Лерх.

Команда також продемонструвала, як колони взаємодіють одна з одною як частина масиву.

“Коли ці колони групуються разом, вони взаємодіють дуже складними способами, оскільки кожна деформована колона відкидає тінь на сусідню, яка змінюється протягом процесу деформації”, – сказав Лі. “Програмування того, як ці тіні-медіативні самозвітлення змінюються та взаємодіють динамічно одна з одною, може бути корисним для таких застосунків, як динамічне шифрування інформації”.

“Огромний простір дизайну для індивідуальних та колективних рухів є потенційно трансформаційним для м’якої робототехніки, мікроходьб, сенсорів та надійних систем шифрування інформації”, – додала Айзенберг.

Дослідження також включало співавторів Джеймса Т. Вотерса, Болея Денга, Різі С. Мартенса, Юксінга Яо, До Юна Кіма, Катію Бертольді, Елісон Грінталь та Анну К. Балазс.