Синтетичний матеріал дозволяє м’яким роботам рости як рослини

Команда вчених та інженерів університету Міннесоти розробила процес екструзії, натхненний рослинами, який дозволяє синтетичному матеріалу рости, що може дозволити м’яким роботам рости як рослини. Цей метод є інноваційним і новим, а отримані роботи можуть переміщуватися в тісних місцях, складній місцевості та навіть всередині людського тіла.

Дослідження, яке було профінансоване Національним науковим фондом, було опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Роботи, які “росли” під час руху

Кріс Еллісон є одним з авторів статті та професором університету Міннесоти в місті Твін-Сітіз, кафедри хімічної інженерії та матеріалознавства.

“Це перший раз, коли ці концепції були фундаментально продемонстровані”, – сказав Еллісон. “Розробка нових методів виробництва має важливе значення для конкурентоздатності нашої країни та для надання нових продуктів людям. На робототехнічному боці роботи використовуються все частіше в небезпечних, віддалених середовищах, і саме в цих областях ця робота могла б мати вплив.”

М’які роботи – це роботи, виготовлені з м’яких та гнучких матеріалів замість жорстких матеріалів, і ці нові типи м’яких роботів, які ростуть, можуть генерувати новий матеріал і “росли” під час руху. Вони можуть бути застосовані в різних застосуваннях, і вони особливо корисні для переміщення в віддалені області, які люди не можуть діставатися. Реальні застосування можуть включати інспекції або встановлення підземних труб, або переміщення всередині людського тіла.

М’які роботи, які ростуть, які ми зараз маємо, залишають слід твердого матеріалу позаду них, і вони використовують тепло та/або тиск для перетворення матеріалу в більш постійну структуру. Дослідники порівнюють це з 3D-принтером, який живиться твердим філаментом для виробництва форми продукту. Незважаючи на це, м’який матеріал стає важким, коли робот повинен рухатися навколо поворотів, що означає, що для роботів важко переміщатися через певні перешкоди.

Розробка нових методів екструзії

Для вирішення цієї проблеми команда розробила новий метод екструзії. Новий процес включає в себе матеріал, який протискається через отвір для створення певної форми, і він дозволяє роботові створювати свій синтетичний матеріал з рідини замість твердих матеріалів.

Матthew Хаусладен є одним з авторів статті та аспірантом університету Міннесоти в місті Твін-Сітіз, кафедри хімічної інженерії та матеріалознавства.

“Ми були дуже натхнені тим, як рослини та гриби ростуть”, – сказав Хаусладен. “Ми взяли ідею, що рослини та гриби додають матеріал в кінці своїх тіл, або на кінчиках коренів, або на нових пагонах, і ми перевели це в інженерну систему.”

Дослідники хотіли змоделювати процес, яким рослини використовують воду для транспортування будівельних блоків, які перетворюються в твердий корінь, коли рослина росте назовні. Для досягнення цього з синтетичним матеріалом команда використала техніку, відому як фотополімеризація, яка використовує світло для перетворення рідких мономерів в твердий матеріал. М’який робот може використовувати цю технологію для легшого переміщення через перешкоди та повороти без необхідності тягнути твердий матеріал.

Потенційні реальні застосування

Команда каже, що новий процес також може бути застосований у виробництві, особливо в застосуваннях, які використовують тепло, тиск та машини для створення та формування матеріалів, які можуть не бути потрібні.

“Дуже важливою частиною цього проекту є те, що в нас є матеріалознавці, хімічні інженери та робототехніки, які беруть участь”, – продовжував Еллісон. “Поміщуючи всі наші різні знання разом, ми дійсно принесли щось унікальне в цьому проекті, і я впевнений, що жоден з нас не міг би зробити це сам. Це великий приклад того, як співробітництво дозволяє вченим вирішувати дуже складні фундаментальні проблеми, а також мати технологічний вплив.”

Команда дослідників також включає в себе вчених університету Міннесоти, кафедри хімічної інженерії та матеріалознавства Борана Чжао (постдокторант) та Лоррейн Френсіс (видатний професор Коледжу науки та інженерії); а також дослідників університету Міннесоти, кафедри механічної інженерії Тіма Ковальєвського (асоційований професор) та Метью Кубалу (аспірант).