Новый робот без подвижных механизмов ползает благодаря искусственным мышцам
Исследователи из Гётеборгского университета разработали мягкого робота, который способен передвигаться без каких-либо жёстких деталей и традиционных механических узлов. Вдохновением для создания устройства послужила гусеница землемера, которая перемещается за счёт последовательного сокращения и растяжения своего тела. По мнению разработчиков, подобные роботы в будущем смогут использоваться для автономного обследования трубопроводов, а также для исследований поверхности Марса.
Разработка относится к области мягкой робототехники — направления, в котором для создания роботов используются гибкие материалы, имитирующие свойства живых организмов. Такой подход позволяет преодолевать ограничения традиционных роботов, основанных на жёстких конструкциях, шарнирах и электродвигателях.
Основой нового устройства стала искусственная мышца, состоящая из чередующихся слоёв углеродных электродов и полимерного материала. При подаче небольшого электрического напряжения полимер расширяется, напоминая работу настоящей мышцы. Когда напряжение отключается, материал возвращается к первоначальным размерам.
Исследователь Хари Пракаш Танабалан создал пятислойную конструкцию из полимера и углерода толщиной примерно с человеческий волос. Затем этот материал был свёрнут в цилиндрическую форму, благодаря чему удалось получить искусственную мышцу, способную удлиняться и сокращаться под действием электрических импульсов.
Во время работы цилиндрическая структура ритмично удлинялась и укорачивалась. Для преобразования этих движений в поступательное перемещение между концами искусственной мышцы была закреплена гибкая пластиковая дуга. Такая конструкция позволила роботу цепляться за рельефную поверхность и постепенно продвигаться вперёд, подобно гусенице.
Испытания показали, что при подаче питания искусственная мышца увеличивалась примерно на 10 процентов, а после отключения напряжения возвращалась к исходному состоянию. Учёные протестировали различные варианты рифлёных поверхностей и обнаружили, что робот стабильно перемещается поперёк борозд независимо от угла их расположения.
По словам разработчиков, в будущем подобные устройства можно будет адаптировать под конкретные условия эксплуатации. Например, оснащённый камерой робот сможет самостоятельно обследовать канализационные системы, промышленные трубопроводы или другие труднодоступные объекты, где использование традиционной техники затруднено.
Одним из важных преимуществ конструкции является отсутствие сложных приводов и большого количества исполнительных механизмов. Благодаря этому робот потенциально может применяться не только на Земле, но и в космических миссиях.
Во время испытаний прототип работал по четыре часа в день на протяжении более четырёх месяцев и не продемонстрировал заметного ухудшения характеристик. Такая долговечность делает технологию перспективной для длительных автономных операций.
Для повышения устойчивости к повреждениям робот был защищён слоем углеродных нанотрубок. В ходе экспериментов исследователи прокалывали устройство иглами насквозь, однако робот продолжал двигаться. Это объясняется тем, что сеть углеродных нанотрубок позволяет электрическим сигналам обходить повреждённые участки и поддерживать работу неповреждённых областей конструкции.
Авторы разработки также предполагают, что подобные мягкие роботы смогут выдерживать воздействие космической радиации, что делает их потенциальными кандидатами для использования в будущих марсианских миссиях. Хотя технология всё ещё нуждается в дальнейшем развитии, исследователи считают, что она открывает путь к созданию нового поколения биологически вдохновлённых роботов для работы в сложных и экстремальных условиях.