Тема:

Мягкие роботы 17 суток назад

Новый программируемый материал а-ля мышцы осьминога "надувается" и меняет форму

Осьминоги и каракатицы могут менять форму тела за миллисекунды.
Фото Taken/pixabay.com.

Читайте нас в Telegram

Осьминоги обладают массой уникальных способностей. К примеру, они могут менять цвет, рисунок и текстуру кожи в целях маскировки и даже видеть кожей свет.

Эти открытия ранее вдохновили исследователей на создание эластичной искусственной "кожи" для роботов, которая "ощущает" давление и светится.

А теперь команда из Корнеллского университета и Морской биологической лаборатории представила новый двумерный материал, который может превращаться в трёхмерную структуру и маскироваться, адаптируясь к условиям окружающей среды.

Это своего рода программируемая синтетическая "кожа", которая меняет свои морфологические признаки, говорят ведущие авторы работы Джеймс Пикул (James Pikul) и Роберт Шеперд (Robert Shepherd).

Поясним, что большинство головоногих имеют управляемые пигментные клетки-хроматофоры, позволяющие им менять окраску и мимикрировать под окружающий фон. Изменение занимает миллисекунды. Это позволяет животным избежать нападения хищника или же замаскироваться, чтобы самому напасть на жертву.

А благодаря отсутствию костей головоногие могут принимать любую желаемую форму. В этом помогают особые присоски и мощная мускулатура. Как отмечают биологи, подобные присоски есть у многих животных, но лишь у некоторых головоногих (осьминогов и каракатиц, например) они мгновенно растягиваются и убираются (как бы всасываются в тело), чтобы не создавать гидродинамическое сопротивление.

Такая структура называется мускульным гидростатом (другими её примерами являются хобот слона или человеческий язык). Специалистов давно интересует биомеханика и различные свойства подобных структур. К примеру, им известно, что некоторые каракатицы имеют как минимум девять наборов присосок, которые контролируются независимо. Каждая из таких присосок из плоской превращается в объёмную, принимая разные формы, пока не достигнет желаемой.

Основная цель инженеров состояла в том, чтобы наделить синтетический материал такими же свойствами и получить программируемую структуру, которая превращается из двумерной в трёхмерную и принимает разные формы.

 

"Было разработано множество сложных способов контроля формы мягких растягиваемых материалов, но мы хотели придумать простой – быстрый и несложный в управлении", — рассказывает Пикул.

По словам его коллег, итоговая разработка – это классический пример биоиндустриальной инженерии. Новый материал по-разному отражает и поглощает свет, в зависимости от того, в каком состоянии находится – двумерном или трёхмерном.

В основе материала – сеть волокон, встроенная в силиконовый каучук. Сеть накладывается на силиконовые секции, которые ограничивают материал в момент преобразования (иными словами, предотвращают сильное расширение). А внутри этих колец материал под действием воздуха как бы "надувается". Примерно то же самое происходит у осьминогов: в данном случае сеть из волокон действует подобно мышцам, а каучуковые кольца играют роль кожи.

Для каждой желаемой формы волокно накладывается на кольца особым образом. Например, исследователи продемонстрировали несколько трансформаций: в одном случае материал "надулся" и принял форму гальки, а в другом сымитировал форму растения суккуленты (Graptoveria amethorum).

По словам команды, разработку можно легко масштабировать, а также заменить основные материалы на любые другие, главное, чтобы те могли растягиваться и менять форму (например, в этом свете открываются новые перспективы для гидрогелей).

Самая очевидная сфера применения разработки – робототехника, а также создание 3D-дисплеев нового поколения. Так, учёные уже работают над новыми системами маскировки для изучения животных в дикой природе.

Впрочем, учитывая, что исследование частично финансировалось военными научными центрами, вероятно, проект также будет развиваться в этом направлении (например, пригодится в разведке).

Научная статья американских учёных опубликована в журнале Science.

Кстати, ранее исследователи научили мягкого робота маскироваться под окружающую среду, а также создали микрочастицы-хамелеоны для маскировки танков и самолётов.

Сегодня