Các nhà vật lý tiên phong về robot thay đổi hình dạng thế hệ tiếp theo

Một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Bath đã phát hiện ra một cách mới để phủ lên các robot mềm bằng các vật liệu cho phép chúng di chuyển và hoạt động hiệu quả hơn. Sự tiến bộ mới này sẽ dẫn đến thế hệ tiếp theo của robot thay đổi hình dạng. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances. 

Đột phá lớn về Vật chất hoạt động

Theo các tác giả của nghiên cứu, sự đột phá mới về ‘vật chất hoạt động’ có thể là một bước ngoặt lớn trong thiết kế robot. Nếu khái niệm này được phát triển thêm, các chuyên gia có thể cuối cùng xác định hình dạng, hành vi và chuyển động của một vật rắn mềm bằng hoạt động được kiểm soát của con người trên bề mặt của nó, chứ không phải bởi tính đàn hồi tự nhiên của nó. 

Bề mặt của hầu hết các vật liệu mềm sẽ co lại thành một hình cầu, tương tự như cách nước hình thành giọt. Điều này xảy ra do bề mặt của các chất lỏng và các vật liệu mềm khác tự nhiên co lại thành diện tích bề mặt nhỏ nhất có thể. Tuy nhiên, vật chất hoạt động có thể được thiết kế để không tuân theo mẫu này. 

Với các kỹ thuật và vật chất hoạt động này, các chuyên gia hy vọng rằng thế hệ máy móc tiếp theo sẽ được tạo thành từ nhiều đơn vị hoạt động riêng lẻ làm việc cùng nhau để xác định chuyển động và chức năng của máy. Trước khi có khả năng này, các máy này được điều khiển bởi một bộ điều khiển trung tâm. Thiết kế mới này tương tự như cách các mô sinh học của chúng ta hoạt động. 

Thiết kế máy móc mềm mới

Các nhà khoa học có thể lấy thiết kế này và tạo ra máy móc mềm với cánh tay được tạo thành từ vật liệu linh hoạt được điều khiển bởi robot nằm trên bề mặt của vật liệu. Một khả năng khác là thay đổi kích thước và hình dạng của các viên nang phân phối thuốc bằng cách phủ bề mặt của các hạt nano trong một vật liệu hoạt động và phản ứng. 

Theo Tiến sĩ Jack Binysh, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, một trong những khía cạnh thú vị nhất của sự phát triển mới này là nó thách thức cách chúng ta nhìn vào “quy tắc tự nhiên quen thuộc.” 

“Vật chất hoạt động khiến chúng ta nhìn vào các quy tắc tự nhiên quen thuộc – quy tắc như sự thật rằng sức căng bề mặt phải là dương – dưới một ánh sáng mới. Việc xem xét những gì xảy ra nếu chúng ta phá vỡ các quy tắc này và cách chúng ta có thể khai thác kết quả là một nơi thú vị để nghiên cứu,” Tiến sĩ Binysh nói.

Tiến sĩ Anton Souslov là tác giả tương ứng của nghiên cứu. 

“Nghiên cứu này là một bằng chứng quan trọng và có nhiều ý nghĩa hữu ích. Ví dụ, công nghệ trong tương lai có thể sản xuất ra các robot mềm hơn và tốt hơn trong việc nhặt và xử lý các vật liệu tinh tế,” Tiến sĩ Souslov nói. 

Các nhà nghiên cứu đã phát triển lý thuyết và mô phỏng để mô tả một vật rắn mềm 3D với bề mặt trải qua các căng thẳng hoạt động. Kết quả cho thấy rằng các căng thẳng hoạt động này làm giãn bề mặt của vật liệu và kéo vật rắn dưới đó, gây ra một sự thay đổi hình dạng toàn cầu. Hình dạng được vật rắn lấy có thể được thay đổi bằng cách thay đổi các tính chất đàn hồi của vật liệu. 

Đội ngũ các nhà nghiên cứu sẽ hiện áp dụng nguyên tắc này để thiết kế các robot cụ thể hơn và họ sẽ đi sâu vào hành vi tập thể và những gì xảy ra khi nhiều vật rắn hoạt động được đóng gói cùng nhau.