Команда инженеров Университета Небраски в Линкольне сделала важный шаг в развитии мягкой робототехники и носимых систем, способных имитировать кожу человека и растений. Их новая разработка помогает роботам не только обнаруживать повреждения, но и самостоятельно их залечивать. Работа была представлена на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации в Атланте, штат Джорджия.
В основе технологии лежит система мягкой робототехнической мышцы с многослойной структурой. Нижний слой — это «электронная кожа» из силиконового эластомера с микрокаплями жидкого металла. Этот слой чувствует повреждения, например, проколы или сильное давление, и передает сигнал контроллеру. Средний слой состоит из термопластичного эластомера, который может самовосстанавливаться при нагревании. Верхний слой — привод, который при подаче воды обеспечивает движение мышцы.
Когда «кожа» фиксирует повреждение, образуется электрическая цепь, которая начинает нагревать термопластичный слой. Это тепло расплавляет и заделывает повреждение, восстанавливая структуру. После восстановления команда использует явление электромиграции, при котором ток заставляет атомы металла смещаться. Это позволяет стереть следы повреждений на «коже» и подготовить систему к следующему циклу восстановления.
Такой подход решает давнюю проблему в робототехнике — невозможность многократного самовосстановления без внешнего вмешательства. Он также вдохновлен биологией, где кожа и ткани живых организмов способны к самоисцелению. Эта технология может сильно повлиять на развитие носимых устройств, которые будут устойчивы к повседневным повреждениям, а также на робототехнику, применяемую в сельском хозяйстве и промышленности.
Кроме того, автономные самовосстанавливающиеся материалы помогут снизить количество электронных отходов. Сегодня большинство гаджетов служит лишь год-два и затем выбрасывается, что создает экологические проблемы из-за токсичных веществ в их составе. Новая технология позволит продлить срок службы устройств и сделать их экологичнее.
«Если мы сможем создать материалы, которые сами определяют повреждения и восстанавливаются, это изменит представление о том, как должны работать электронные и робототехнические системы», — говорит инженер Эрик Марквицка, руководитель проекта.
Развитие мягкой робототехники и самовосстанавливающихся материалов открывает новые горизонты, но ученые не останавливаются на этом. Например, в Китае создали биороботов с живыми мышцами, которые становятся сильнее благодаря регулярным тренировкам — об этом вы можете узнать в другой интересной статье.