Новый материал позволит роботам менять состояние с пластичного на жесткое

Научная фантастика уже не раз описывала странных существ или роботов, способных превращаться то в жидкость для просачивания через щели, то в жёсткий каркас для сражения с врагами. Инженеры из Массачусетского технологического института приблизили эту фантазию к реальности, представив новый уникальный материал, способный менять своё фазовое состояние.

Вещество было создано в лаборатории из воска и губчатого пеноматериала — одних из самых бюджетных материалов, которые могут использоваться в робототехнике или любой другой промышленности. Созданные из него каркасы для роботов будут обладать абсолютно фантастическими свойствами, благодаря технологии, отработанной исследователями MIT.

Ведущий автор разработки, Анетт Хосой (Anette Hosoi) рассказывает, что материал может быть использован для создания деформируемых хирургических роботов. Микророботы могли бы

передвигаться внутри человеческого тела до тех пор, пока не достигнут нужной точки, без риска повреждения органов, попадающихся на пути к повреждённой части тела.

"Роботы из нашего материала могли бы также участвовать в поисково-спасательных операциях и протискиваться туда, куда не попал бы ни человек, ни обычный робот, и спасать людей", — рассказывает Хосой.

Проект был реализован совместно со знаменитой компанией Boston Dynamics в рамках программы DARPA "Химические роботы" (Chemical Robots). Представителям агентства необходимо было получить "мягкого" робота, который умеет проходить сквозь любые щели, но вновь обретает первоначальную форму, когда оказывается в пункте назначения.

Хосой и её коллеги признают, что создание "жидкого" робота, способного к тому же манипулировать объектами, — труднейшая из задач. Предсказать, как будет двигаться такой материал, практически невозможно. Поэтому исследователи решили подойти к проблеме с другой стороны и разработать материал, способный переключаться между твёрдым и жидким состоянием.

"Если вам нужно, чтобы робот протиснулся в дверную щель, нужно перевести его в жидкое состояние, а если вы хотите, чтобы он захватил для вас молоток или открыл окно, необходимо, чтобы хотя бы его часть была жёсткой", — поясняет Хосой в пресс-релизе.

Чтобы создать такой материал, учёные покрыли пеноматериал воском. Выбор пал на вспененный материал, поскольку именно эта субстанция способна втиснуться в щель, во много раз меньшую, чем она сама, но после высвобождения она вновь примет первоначальную форму. В то же время восковое покрытие может быть твёрдым снаружи и жидковатым внутри, если регулировать нагрев вещества.

Умеренное нагревание можно обеспечить посредством протягивания провода вдоль каждой стойки из пеноматериала. А в дальнейшем подавать ток для того, чтобы растопить воск в нужной ситуации. Выключение подачи тока вновь спровоцирует отверждение воска и, как следствие, всей конструкции.

"В дополнение к смене агрегатного состояния, нагревание материала делает его устойчивым к повреждениям. Фактически, его можно назвать самовосстанавливающимся", — говорит Хосой, чья статья вышла в журнале Macromolecular Materials and Engineering.

Чтобы построить конструкцию большого размера, исследователи поместили пенополиуретан в ванну с расплавленным воском. Затем пеноматериал сжали так, чтобы она впитала воск, и получили желаемый результат. Разумеется, вместо всех этих "подручных" материалов можно было бы использовать высокотехнологичные аналоги, но инженеры утверждают, что бюджетность их разработки является одним из главных преимуществ. Благодаря низкой стоимости, технологию в скором времени можно будет выводить на рынок.

Более того, точно такой же материал можно собрать и с помощью 3D-принтера, что Хосой доказала в ходе своего второго эксперимента. Учёные использовали технологию аддитивного производства для создания пеноматериала с чёткой решётчатой структурой. Испытания показали, что 3D-печатный пеноматериал функционирует лучше, чем пенополиуретан, однако именно последний целесообразнее использовать в массовом производстве. При желании, отмечают инженеры, воск также можно заменить на более дорогой материал.

В данный момент Хосой и её коллеги изучают нетрадиционные материалы на потенциальную пригодность для использования в робототехнике. Например, учёные изучают магнитореологические и электрореологические жидкости, которые можно переводить из одного агрегатного состояния в другое посредством воздействия магнитного или электрического поля.