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.
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.
Концепция даёт представление о будущих мягких роботах, которые смогут наращиваться, ремонтироваться и развивать новые функции
— 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.
- Дмитрий Ладыгин
- pnas.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Конец 30-летней легенды: Эверест может лишиться одного из главных символов
Эксперты предупреждают индийское правительство: экспедиция будет крайне опасной и вряд ли закончится успехом. Почему?...
Феномен Великой Зеленой стены: за счет чего 66 миллиардов деревьев, высаженных Китаем, растут быстрее естественных лесов?
И почему ученые решили, что природные леса все-таки лучше рукотворных?...
Тайна золотого вулкана: почему гора в Антарктике извергает драгоценный металл?
Ученые уже 30 лет пытаются разгадать этот природный детектив. Что удалось узнать исследователям...
Тайну четырех черных яиц с 6000-метров глубины океана раскрыли японские ученые
Дно морей изучено гораздо хуже, чем поверхность Марса и Луны. Неудивительно, что исследователи постоянно делают открытия...
Проклятье 30 июня: почему в этот день произошло столько крупных катастроф?
Официально виновата погода, но изучение деталей до сих пор вызывает множество вопросов...
Секрет охоты на мамонтов открыт: ученые только что разрушили один из главных мифов древней истории
То, что наука считала исторической реконструкцией, оказалось обычным эпизодом из голливудского фильма...
Ученые «разжаловали» индонезийских хоббитов из умников: огнем не владели, подъедались за варанами
Что же заставило археологов переписать целый пласт древней истории?...
Аномальный дождь из рыбы: 150 лет ученые не могут объяснить эту тайну природы
Это явление официально считается неразгаданным феноменом и проходит в категории чудес и головной боли для науки...
Космический детектив: почему уникальную планету GJ 3378b никак не признают «второй Землей»?
Сами ученые призывают не торопиться с выводами, ведь истории с инопланетным объектом существует множество интересных нюансов...
316 лет на троих: ученые назвали три секрета феноменального долголетия сестер Нунес
Специалисты говорят: важно получить «хорошие гены», но еще важнее ими правильно распорядиться...
Серная кислота в небе: чем грозит пассажирам новый экологический проект?
Эксперты говорят: от этих планов вряд ли откажутся. Но есть ли у нас время, чтобы подготовиться?...