Ученые из Университета штата Северная Каролина и Университета Пенсильвании разработали мягких роботов, которые могут ориентироваться в сложных условиях, таких как лабиринты, без участия человека или компьютерного программного обеспечения. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Эти мягкие роботы демонстрируют концепцию, называемую “физическим интеллектом”, которая означает, что структурный дизайн и умные материалы позволяют мягкому роботу ориентироваться в различных ситуациях, в отличие от вычислительного интеллекта”, — делится Цзе Инь, автор статьи и доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии в NC State.
Мягкие роботы сделаны из жидкокристаллических эластомеров в виде скрученных лент, напоминающих полупрозрачные ротини. Когда ленту помещают на поверхность, которая по крайней мере на 55 градусов Цельсия (131 градус по Фаренгейту) горячее окружающего воздуха, часть ленты, касающаяся поверхности, сжимается, а часть, подверженная воздействию воздуха, — нет. Это вызывает движение качения в ленте. И чем теплее поверхность, тем быстрее она катится.
“Это уже делалось раньше с гладкими стержнями, но такая форма имеет тот недостаток, что при столкновении с объектом она просто вращается на месте. Мягкий робот, которого мы сделали в форме скрученной ленты, способен преодолевать эти препятствия без вмешательства человека или компьютера”, – рассказывает Инь.
Ленточный робот делает это двумя способами. Во-первых, если один конец ленты сталкивается с объектом, лента слегка поворачивается, чтобы обойти препятствие. Во-вторых, если центральная часть робота сталкивается с объектом, он “защелкивается”. Щелчок – это быстрое высвобождение накопленной энергии деформации, которая заставляет ленту слегка подпрыгнуть и переориентироваться перед приземлением. Ремню может потребоваться несколько раз “защелкнуться”, прежде чем он найдет ориентацию, которая позволит ему преодолеть препятствие, но в конце концов он всегда находит четкий путь вперед.
“В этом смысле он очень похож на роботов-пылесосов, которые многие люди используют в своих домах. За исключением того, что созданный нами мягкий робот получает энергию из окружающей среды и работает без какого-либо компьютерного программирования”, – объясняет ученый.
Исследователи провели несколько экспериментов, продемонстрировав, что лентоподобный мягкий робот способен перемещаться по различным лабиринтоподобным средам. Специалисты также продемонстрировали, что мягкие роботы будут хорошо работать в условиях пустыни, показав, что они способны подниматься и спускаться по склонам из сыпучего песка.
“Это интересно и забавно наблюдать, но, что более важно, это дает новое понимание того, как мы можем разработать мягких роботов, способных собирать тепловую энергию из природной среды и автономно перемещаться в сложных, неструктурированных средах, таких как дороги и суровые пустыни”, — говорит Инь.
