Helen Knight
MIT News correspondent
(Массачусетский технологический институт)


Создан новый материал, который может позволить роботам даже из недорогих материалов переходить из твердого состояния в мягкое.
В кино «Терминатор-2» меняющий свою форму робот Т­1000 принимает жидкое состояние, чтобы протиснуться в труднодоступные места или сам восстанавливается после повреждений. Теперь меняющий форму материал создан из воска и губчатого пеновещества и, как один из самых бюджетных, может использоваться в робототехнике или любой другой промышленности.

Новый материал разработан Аннет Озои, преподавателем машиностроения и прикладной математики Массачусетского Технологического Университета, и ее бывшей аспиранткой Нади Чен, наряду с исследователями Института Макса Планка по динамике и самоорганизации в Университете Стони Брук.
Материал может быть использован для создания деформируемых хирургических роботов: микророботы могли бы передвигаться внутри человеческого тела, пока не достигнут нужной точки, без риска повреждения других органов.

Роботы, созданные из пластичных материалов, могли бы также использоваться в поисково­спасательных операциях, учитывая их способность пробираться в труднодоступные места, – говорит Озои.



Поведение, похожее на осьминога
Работая с компанией «Бостон Динамика», базирующейся в Уолтхэме (Массачусетс), исследователи начали разрабатывать материал в рамках программы «Химические роботы» агентства обороны перспективных исследователей. Агентство заинтересовалось «мягкими» роботами, способными проникнуть через узкое и ограниченное пространство, а затем вновь перейти в первоначальную форму. Озои говорит, что это очень похоже на поведение осьминога.

Но если робот собирается выполнить определенные задания, он должен быть в состоянии проявить разумное количество силы в зависимости от поставленных задач. «Вы не можете просто создать миску желе, потому что оно просто бы деформировалось в попытках оказать давление на вещь, которую бы пыталось переместить».

К тому же, управление мягкой структурой является чрезвычайно трудной задачей: в отличие от твердого робота, намного сложнее предсказать, как материал будет двигаться.

«Таким образом, исследователи решили, что единственный способ создать деформируемого робота – это разработать материал, который может переключаться между твердым и жидким состоянием, – говорит Озои. – Если роботу надо протиснуться под дверью, он смягчается, а если взять молоток или открыть окно, то хотя бы некоторые его элементы должны быть твердыми».



Сжимаемый и самовосстанавливающийся
Чтобы создать такой материал, ученые покрыли пеноматериал воском. Выбор пал на вспененный материал, поскольку именно эта субстанция способна втиснуться в щель, во много раз меньшую, чем она сама, а после высвобождения вновь принять первоначальную форму.

В то же время, восковое покрытие может быть твердым снаружи и жидковатым внутри. Умеренное нагревание можно обеспечить посредством протягивания провода вдоль каждой стойки из пеноматериала. А в дальнейшем подавать ток, чтобы растопить воск в нужной ситуации. Выключение тока вновь спровоцирует отверждение воска и, как следствие, всей конструкции.

«Чтобы построить конструкцию большого размера, исследователи поместили пенополиуретан в ванну с расплавленным воском. Затем пеноматериал сжали так, чтобы он впитал воск, и получили желаемый результат, – говорит Чен. – Разумеется, вместо «подручных» материалов можно было использовать высокотехнологичные аналоги, но инженеры утверждают, что бюджетность разработки является одним из главных преимуществ».

Итак, материал, состоящий из воска и пены, способен к переходу из твердого состояния в жидкое. Для более подробного изучения его свойств использовали 3D­принтер, чтобы построить вторую версию решетчатой структуры, позволяющую тщательно управлять каждой из стоек и пор.
«Мы пришли к выводу, что печатная решетка более податлива, чем пенополиуретан, несмотря на то, что последняя будет применима для недорогих материалов», – говорит Озои и добавляет: «Покрытие воском также могло быть заменено более дорогим материалом, таким, как припой».

Аннет Озои теперь работает над другими необычными для робототехники материалами, прежде всего магнито­ и электрореологическими (жидкости со взвешенными частицами). Из жидкого в твердое состояние они переходят при включении магнитного и электрического поля.

«Когда дело доходит до искусственных мышц для мягких роботов, мы склонны думать об управлении формой посредством изгиба или сжатия, – поясняет Кармэль Мэджиди, доцент машиностроения из Института Карнеги­Меллон. – Но для многих задач робототехники настройка механической жесткости сустава может быть важна. Эта работа является яркой демонстрацией того, как жесткость термически контролируется, и это может использоваться в мягкой робототехнике».