Южнокорейские инженеры разработали гибкий роботизированный лист, который может захватывать предметы и перемещаться по различным поверхностям. Это полезные навыки для применения в здравоохранении, исследованиях и тактильных дисплеях, где пользователи могут «ощущать» виртуальные стимулы.
Описание разработки
Описание конструкции опубликовано в журнале Nature Communications.
Инженеры уже много лет разрабатывают гибких роботов, способных менять форму. Однако для таких роботов обычно требуются фиксированные шарнирные конструкции, которые ограничивают диапазон их движений.
Новый гибкий роботизированный лист изготовлен с использованием термочувствительных электрических элементов, которые распределены по гибкому многослойному квадрату материала со стороной 6,3 см. В качестве гибких слоёв используются высокопроизводительные полимеры — полиимид и полидиметилсилоксан.
Всего на квадрате размещено 308 резисторов, которые выполняют функцию нагревателей и датчиков, обеспечивая точное управление движением и непрерывную настройку на основе обратной связи от датчиков.
Когда встроенные в материал резисторы нагреваются, материал подвергается тепловому расширению, что приводит к изменению его формы. Эту трансформацию можно запрограммировать для выполнения различных функций, таких как передвижение или захват.
Углы сгиба изменяются в диапазоне от -87° до 109° — более 180° движения. Система стабильно работает в широком диапазоне температур, вплоть до 170 °C.
Исследователи продемонстрировали ловкость своего гибкого роботизированного листа, заставив его ползти по поверхности, а также захватывать и поднимать различные предметы.
Такое передвижение может найти применение в исследовательских задачах.
«Роботизированные исследования в сложных условиях (пересечённой местности и в условиях плохой видимости) могут потребовать компактной конструкции системы и способности выполнять сложные движения, что может извлечь выгоду из роботизированных конструкций со структурной податливостью», — пишут они.
«Представленная здесь возможность программирования в полевых условиях расширяет доступные режимы стратегий передвижения. Например, когда роботизированный лист развёрнут на земле, он может имитировать различные биомиметические движения, такие как ползание, махание, ходьба и перетаскивание».
«Интеграция достижений в области материалов, вычислений и электроники облегчает деликатное маневрирование многочисленными конфигурациями формы, что упрощает использование фиксированных шарниров, как в предыдущих попытках», — добавляют они.
«Несмотря на эти многообещающие особенности, для дальнейшего развития нашей технологии необходимо решить несколько задач», — предостерегают авторы. «Во-первых, необходимо улучшить механические характеристики, чтобы повысить как чувствительность формы, так и грузоподъёмность».
Они предполагают, что следует изучить другие материалы, которые могут быть ещё более чувствительны к изменениям температуры. Авторы также говорят, что в будущей работе следует рассмотреть и другие приложения, не протестированные в их исследовании. Это может включать в себя светомодуляторы — устройства, которые могут контролировать интенсивность, фазу или поляризацию источника света.