Мы на шаг ближе к роботам-оборотням

Физики открыли новый способ покрытия мягких роботов материалами, позволяющими им двигаться и функционировать более целенаправленно.

Исследователи считают, что их прорыв в моделировании «активной материи» может стать поворотным моментом в разработке роботов.

При дальнейшем развитии концепции можно будет определять форму, движение и поведение мягкого твердого тела не по его естественной упругости, а по контролируемой человеком деятельности на его поверхности.

Поверхность обычного мягкого материала всегда сжимается в шар.

Подумайте о том, как вода собирается в капли: это происходит потому, что поверхность жидкости и другого мягкого материала естественным образом сжимается до наименьшей возможной площади поверхности, т. е. до сферы.

Но активную материю можно сконструировать так, чтобы она работала против этой тенденции.

Примером этого в действии может быть резиновый мяч, обернутый слоем нанороботов, где роботы запрограммированы работать в унисон, чтобы деформировать мяч в новую, заранее определенную форму (скажем, в звезду).

Есть надежда, что активная материя приведет к новому поколению машин, функции которых будут идти снизу вверх.

Таким образом, вместо того, чтобы управляться центральным контроллером (как современные роботы-манипуляторы управляются на заводах), эти новые машины будут состоять из множества отдельных активных блоков, которые совместно определяют движение и функции машины.

Это похоже на работу наших собственных биологических тканей, таких как волокна сердечной мышцы.

Используя эту идею, ученые могли бы спроектировать мягкие машины с руками из гибких материалов, приводимые в действие роботами, встроенными в их поверхность. Они также могут адаптировать размер и форму капсул для доставки лекарств, покрывая поверхность наночастиц чувствительным активным материалом.

Это, в свою очередь, может оказать существенное влияние на то, как лекарство взаимодействует с клетками организма.

Работа над активным веществом ставит под сомнение предположение о том, что энергетическая стоимость поверхности жидкости или мягкого твердого тела всегда должна быть положительной, поскольку для создания поверхности всегда необходимо определенное количество энергии.

Доктор Джек Биниш, первый автор исследования, сказал: «Активная материя заставляет нас взглянуть на знакомые законы природы — правила, такие как тот факт, что поверхностное натяжение должно быть положительным — в новом свете.

Увидеть, что произойдет, если мы нарушим эти правила, и как мы можем использовать результаты, — это захватывающее место для проведения исследований».

Автор корреспонденции, доктор Антон Суслов, добавил: «Это исследование является важным подтверждением концепции и имеет много полезных последствий. Например, будущие технологии могут производить мягких роботов, которые будут гораздо более мягкими и лучше справятся с манипуляциями с хрупкими материалами».

Для исследования исследователи разработали теорию и моделирование, описывающие трехмерное мягкое твердое тело, поверхность которого испытывает активные напряжения.

Они обнаружили, что эти активные напряжения расширяют поверхность материала, увлекая за собой твердое тело и вызывая глобальное изменение формы.

Исследователи обнаружили, что точную форму, принятую твердым телом, можно изменить, изменив упругие свойства материала.

На следующем этапе этой работы, который уже начался, исследователи будут применять этот общий принцип для разработки конкретных роботов, таких как мягкие руки или самоплавающие материалы.

Они также рассмотрят коллективное поведение — например, что происходит, когда у вас есть много активных твердых тел, упакованных вместе.

Исследование, проведенное британским Университетом Бата, описано в журнале Science Advances.