Класс роботов, изготовленных из тонких листов ПЭТ-материала, может принимать любую из сотен устойчивых форм. Авторы: Zhou et al., 2025, Science Advances.
Исследователи создали новый класс роботов из листов тонкого материала, которые могут изгибаться и принимать сотни различных форм для перемещения по поверхностям и захвата предметов.
Команда из Университета штата Северная Каролина в США предполагает, что их творение может найти широкое применение в медицине, освоении космоса и мягкой робототехнике.
«Наша цель состояла в том, чтобы соединить метаматериалы и робототехнику, и мы считаем, что результаты многообещающие», — говорит автор исследования и профессор машиностроения и аэрокосмической техники Цзе Инь.
«Мы начинаем с простых полимерных листов с отверстиями, но, нанося на поверхность полимера тонкие плёнки, мы можем включить материалы, реагирующие на электричество или магнитные поля».
Команда использовала полимер полиэтилентерефталат (ПЭТ) для создания метаботов. Затем они вырезали Н-образную форму в каждом из полимерных листов и добавили «пьезоэлектрическую» плёнку из PVDF, чтобы можно было дистанционно управлять материалом.
«Когда мы включаем пьезоэлектрические материалы в тонкие плёнки, мы можем вызывать контролируемые колебания в метаботах, изменяя напряжение и частоту, что даёт нам дополнительный контроль над их движением», — говорит первый автор Цайчжи Чжоу, аспирант NC State.
Исследователи обнаружили, что с помощью одного листа можно создать 20 устойчивых состояний. Затем они соединили до четырёх листов вместе, чтобы получить ещё большее количество устойчивых состояний.
«Соединяя несколько листов, мы создаём структуры, которые изначально лежат плоско, но затем могут изгибаться и складываться в самые разные устойчивые конфигурации», — говорит Чжоу.
«Например, если мы соединим четыре листа, у нас получится метабот, который может лежать плоско, как лист бумаги, но складываться в 256 различных устойчивых состояний».
Как показывают результаты, опубликованные в Science Advances, эти сети метаботов не только могли перемещаться по поверхности, но и трансформировались в захват, способный поднимать предметы.
Исследователи продемонстрировали, что их метабот может аккуратно поднимать такие предметы, как тофу, стеклянные бутылки, конические крышки и шарики. Захват мог даже прорыть и поднять песок.
«Роботы могут менять свою форму и походку, чтобы адаптироваться к различным условиям местности или выполнять различные функции, такие как захват и подъём предметов», — говорит Чжоу.
«Мы можем заставить метабота поворачиваться влево или вправо, оставаясь на месте».
Команда уверена, что простая структура метабота и низкие энергетические барьеры, необходимые для трансформации формы, позволят ему легко интегрироваться в мир мягкой робототехники.
Однако есть и ограничения. Многие конфигурации метаботов симметричны. Исследователи подозревают, что для расширения применения метаботов в области проектирования необходимо провести дальнейшие исследования асимметричных форм.
«Это работа на ранней стадии, доказательство концепции», — говорит Инь.
«Но она демонстрирует, что такой подход к робототехнике является недорогим и высокоадаптивным».