Сборная концепция: робот-гусеница смонтировал сам себя

Инженеры из Принстона и Государственного университета Северной Каролины (NCSU), США, объединили древнее искусство складывать бумагу (оригами) и современное материаловедение. И всё ради создания мягкого робота, который сможет с лёгкостью изгибаться и петлять в лабиринтах.

Мягкими роботами сложно управлять, поскольку рулевая составляющая обычно снижает гибкость устройства. Новая конструкция решает эти проблемы, так как система рулевого управления непосредственно стала частью корпуса, объяснил Туо Чжао, аспирант Принстонского университета.

Статью об этом достижении под названием «Модульные роботы-оригами с несколькими степенями свободы и перепрограммируемым электротермическим приводом» опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences («Труды Национальной академии наук»). Исследователи описали, как создавали робота из модульных цилиндрических сегментов. Конструкция позволяет гибкому роботу ползти и вперёд, и назад, подбирать грузы и группироваться в более длинные единицы.


— выдержка из научной статьи.

Чжао сказал, что способность робота состыковываться и разъединяться на ходу позволяет системе работать и как единой конструкции, и как рою из нескольких устройств.

Глаучио Паулино, заведующий лабораторией из Принстонского института материалов, добавил, что новый робот функционирует за счёт электротермического привода и адаптируемых нагревателей. Учёный заявил, что это очень многообещающая технология для создания роботов, способных расти, чинить самих себя и адаптироваться к среде.

Исследователи начали проект с создания цилиндрических сегментов, которые складываются и раскладываются по шаблону Креслинга. Такая схема оригами позволяет каждому сегменту складываться в плоский диск и разворачиваться обратно в цилиндр. Эта же возвратно-поступательная способность позволяет роботу ползти и менять направление. Частично складывая секцию, изобретатели придают сегменту робота боковой изгиб. Сочетая несколько изгибов, робот меняет направление по мере продвижения вперёд.

Одним из наиболее сложных аспектов работы оказалась разработка механизма для управления сгибами. Исследователи из NCSU нашли решение. Они использовали два материала — жидкокристаллический эластомер и полиимид, которые по-разному сжимаются и расширяются при нагревании. А затем присоединили тонкие полоски из них вдоль складок шаблона Креслинга.

Исследователи также применили тонкий растягивающийся нагреватель из серебряной нанопроволоки вдоль каждого сгиба. Электроток, подаваемый на нагреватель нанопроволоки, повышает температуру контрольных планок, и из-за разницы расширений двух материалов на полоске образуется складка. Верно подобрав силу электротока и материалы в нужных местах, исследователи могут точно контролировать сгибание, то есть управлять движениями робота.

Профессор NCSU Ен Чжу отметил, что серебряная нанопроволока — отличный материал для изготовления растягивающихся проводников, которые являются строительными блоками для множества электронных устройств, включая нагреватели с заданными свойствами. Применимо к изобретению растягивающийся нагреватель служит в качестве механизма для сгибания и складывания. Причём удалось добиться локализованного, резкого сгибания для приведения в действие схемы оригами.

Исследователи заявили, что текущая версия робота имеет ограниченную скорость, и они работают над увеличением возможностей в последующих поколениях.

Туо Чжао отметил, что исследователи также планируют поэкспериментировать с различными формами и шаблонами оригами, чтобы улучшить и скорость, и рулевое управление.