Робот, который может менять форму с помощью жидкого металла

Инженерам из Технологического университета Вирджинии удалось создать робота, который может менять форму по желанию. Благодаря инновационной конструкции он может в считанные секунды превратиться из наземного транспортного средства в воздушный беспилотник.

О своих успехах исследователи сообщили в статье, опубликованной 9 февраля 2022 года в журнале Science Robotics. Также было опубликовано видео, на котором можно увидеть впечатляющее изменение формы миниатюрного аппарата.

Появляется странный робот на колесах, движется вперед, а затем расправляется и превращается в воздушный беспилотник. Затем он улетает к новым горизонтам благодаря своим пропеллерам. Инженеры также разработали робота, который может погружаться под воду и менять форму, чтобы разгребать землю и возвращать предметы.

На самом деле, в центре внимания находится не столько сам дизайн, сколько используемый материал. Инженерам удалось создать конструкцию, которая может легко менять форму, сохраняя при этом свою прочность. И все это без использования шарниров, двигателей, шкивов и других механизмов.

"Когда мы начинали проект, мы хотели получить материал, который мог бы делать три вещи: менять форму, удерживать ее, а затем возвращаться к исходной конфигурации, и делать это в течение нескольких циклов", — объясняет Майкл Бартлетт, профессор Вирджинского технологического университета, возглавлявший проектную группу, в заявлении учебного заведения. "Одной из задач было создание материала, который был бы достаточно гибким, чтобы резко изменить форму, но достаточно жестким, чтобы создать адаптируемые машины, которые могли бы выполнять различные функции".

Для достижения этого тонкого баланса инженеры использовали различные элементы. Они интегрировали металлический "скелет" в гибкую эластомерную "кожу". Пока нет ничего удивительного по сравнению с обычной робототехникой. Особенностью этого материала является используемый металл. Ученые выбрали металл с низкой температурой плавления: он плавится при температуре всего 60 градусов.

Результат: объединив небольшие радиаторы, инженеры смогли создать структуру, которая может менять форму, когда металл находится в жидком состоянии, а затем сохранять твердую, прочную форму, когда металл снова замерзает. Чтобы вернуться к первоначальной форме, металл просто снова разжижается, а эластомерная кожа возвращается к своей первоначальной форме. Это то, что ученые называют "обратимой пластичностью". Этот процесс занимает менее десятой доли секунды. Эта "кожа" также гарантирует, что металл не вытечет, когда он находится в жидком состоянии.

Для того чтобы вся конструкция могла принимать различные формы, инженеры вдохновились японской техникой "киригами", дословно "резаная бумага". В конкретном смысле это означает создание фигур не из сложенной бумаги, как в более известной практике оригами, а из вырезанной бумаги. Если вы когда-нибудь делали гирлянды в школе, вырезая фигуры из бумаги и разворачивая их, то вы знаете киригами!

Благодаря этому материал выстраивается в геометрические узоры, которые позволяют ему принимать самые разнообразные формы: шар, цилиндр, кривые и т.д. Это означает, что его можно использовать в самых разных областях. Еще одной сильной стороной этого материала является его ремонтопригодность. Так, если какая-то часть робота сломается, достаточно вернуть металл в жидкое состояние, чтобы он сам себя починил.

Воодушевленные результатами испытаний, инженеры надеются, что их работа найдет применение в мире робототехники. "Мы в восторге от возможностей, которые открывает этот материал для многофункциональных роботов. Эти композиты достаточно прочны, чтобы выдерживать усилия двигателей или силовых установок, но при этом легко трансформируются, позволяя машинам адаптироваться к окружающей среде", — говорит Майкл Бартлетт.