Мягкая робототехника: искусственный осьминог меняет правила игры

В области мягкой робототехники достигнут прорыв, вдохновленный удивительной адаптивностью биологических организмов, таких как осьминоги. Команда исследователей под руководством профессора Джиюн Ким из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) разработала новаторский многофункциональный материал, способный в реальном времени динамически изменять свою форму и механические свойства. Созданный метаматериал преодолевает ограничения существующих материалов, открывая новые перспективы для приложений в робототехнике и других областях, требующих адаптивности.

Современные мягкие роботы не могут похвастаться уровнем адаптивности, демонстрируемым их биологическими аналогами, в основном из-за ограниченной возможности настройки в реальном времени и ограниченного пространства для перепрограммирования свойств и функциональности. Для преодоления такого разрыва исследовательская группа предложила новый подход, использующий графические модели жесткости.

Благодаря независимому переключению цифровых двоичных состояний жесткости (мягкое или жесткое) отдельных составляющих элементов в простой ауксетической структуре с эллиптическими пустотами, материал достигает местной и постепенной «настраиваемости» различных механических качеств.

Возможности изменения формы и памяти формы (сверху), демонстрация поглощающей силы и передача силы (снизу)

Программируемый в цифровой форме материал демонстрирует замечательные механические свойства, включая изменение формы и память, реакцию на напряжение и деформацию, а также коэффициент Пуассона при сжатии. Кроме того, материал демонстрирует функциональность настройки и многоразового поглощения энергии, а также подачи давления. Разработка ученых является шагом к созданию полностью адаптивных мягких роботов и умных интерактивных машин.

Авторы работы отмечают, что созданный метаматериал может внедрять желаемые характеристики в течение нескольких минут, без необходимости дополнительного оборудования. Команда исследователей продемонстрировала потенциал материала, представив «адаптивный материал, поглощающий энергию ударов», который изменяет свои свойства в ответ на неожиданные удары. Благодаря такой способности материал значительно снижает риск повреждения защищаемого объекта.

Кроме того, команда использовала метаматериал в качестве «материала для передачи силы», способного передавать силы в нужных местах и в нужное время. Вводя определенные цифровые команды, материал выборочно управляет соседними светодиодными переключателями, обеспечивая точный контроль над путями передачи силы.

Профессор Ким подчеркнул совместимость метаматериала с технологиями искусственного интеллекта, такими как глубокое обучение, а также с существующими цифровыми технологиями и устройствами. Ким объясняет, что метаматериал, способный преобразовывать цифровую информацию в физическую в реальном времени, откроет дорогу к инновационным новым материалам, которые могут учиться и адаптироваться к своему окружению.