Мягкий робот непрерывно скачет под инфракрасным светом
Американские инженеры собрали мягкого робота размером два сантиметра. Под инфракрасной лампой устройство само прыгает по траве, песку и гравию, а после доработки — плывет. Работу опубликовали в Proceedings of the National Academy of Sciences. Об этом сообщает N + 1.
Проект вела группа Цзе Иня из Университета Северной Каролины. Кольцо сделано из стержня термочувствительного жидкокристаллического эластомера. На концах закреплена гнутая алюминиевая трубка; вместе они формируют жесткий хвост в виде буквы V. Длина кольца около двух сантиметров, толщина примерно миллиметр. Инфракрасное излучение нагревает полимер, из-за перепада температур материал закручивается и копит энергию. Хвост сопротивляется, отклоняется к центру. Когда деформация доходит до критической отметки, он примерно за 30 миллисекунд бьет по поверхности. Робот подлетает, кольцо раскручивается в воздухе и принимает прежнюю форму. Цикл замыкается: пока горит свет, движения повторяются. На суше один цикл длится около 20 секунд; в опытах аппарат сделал свыше 500 прыжков без вмешательства.
Меняя угол хвоста и яркость света, авторы переключали способы передвижения. При углах 30–80 градусов кольцо прыгает вертикально. Максимальная высота — около восьми сантиметров, что в 80 раз больше собственной высоты, достигается при 60 градусах. При 80–110 градусах робот скачет вперед и вверх. Если угол превышает 110 градусов, почти круглые кольца ползут. Чтобы не переворачиваться, на переднюю часть прикрепили груз из фольги. Самые длинные стабильные прыжки — примерно 7,5 сантиметра — вышли при 80 градусах и противовесе в четверть массы.
Устройство двигается по траве, мокрому песку, гравию и мульче. С более тяжелым противовесом робот карабкается вверх по склону крутизной до 30 градусов. Кольцо перепрыгивает невысокие барьеры и продолжает движение после столкновения. Даже перевернутый робот работает так же — сказывается зеркальная симметрия.
Для воды разработчики покрыли эластомер водоотталкивающим слоем, добавили оксид графена, чтобы лучше поглощать свет, и удлинили хвост. На воде кольцо закручивается, а хвост гребет как весло. У берега устройство может выбраться на сушу, если хвост упрется в подводный склон; тогда робот выпрыгивает, преодолевая поверхностное натяжение. Сейчас он движется только в пятне инфракрасной лампы, но в будущем авторы хотят использовать солнечный свет.
Обычные прыгающие приводы накапливают упругую энергию и резко ее высвобождают. Многие мягкие прыгуны нужно возвращать вручную или управлять меняющимся воздействием — например, включением и выключением тепла. В первом случае устройство фактически одноразовое, во втором нужна сложная система управления. Многократные прыжки при постоянном стимуле оставались ограниченными: полимерные полоски и шайбы, пропитанные растворителем, прекращали движение после высыхания. Мягкие прыгающие роботы помогают изучать, как прыгают животные. Год назад инженеры и биологи повторили с эластичными стержнями прыжки нематод, которые сворачиваются в петлю и резко распрямляются. Модель длиной 12 сантиметров подпрыгнула на три метра со скоростью 13 метров в секунду.
