Наукова фантастика вже не раз описувала дивних істот або роботів, здатних перетворюватися у рідину для просочування через щілини, то в жорсткий каркас для битви з ворогами. Інженери з Массачусетського технологічного інституту наблизили цю фантазію до реальності, представивши новий унікальний матеріал, здатний змінювати свій фазовий стан.
Речовину було створено в лабораторії з воску і губчастого піноматеріалу – одних із самих бюджетних матеріалів, які можуть використовуватися в робототехніці або будь-якій іншій промисловості. Створені з нього каркаси для роботів будуть мати абсолютно фантастичні властивості, завдяки технології, відпрацьованій дослідниками MIT.
Провідний автор розробки, Анетт Хосой (Anette Hosoi) розповідає, що матеріал може бути використаний для створення деформівних хірургічних роботів. Мікророботи могли б пересуватися всередині людського тіла до тих пір, поки не досягнуть потрібної точки, без ризику пошкодження органів, що траплялися на шляху до пошкодженої частини тіла.
Читайте також: В MIT створили матеріал, здатний утримати вагу, що в 160 тисяч разів перевищує його власну
“Роботи з нашого матеріалу могли б також брати участь у пошуково-рятувальних операціях і пробиратись туди, куди не потрапить ні людина, ні звичайний робот, і рятувати людей”, – розповідає Хосой.
Проект був реалізований спільно зі знаменитою компанією Boston Dynamics в рамках програми DARPA “Хімічні роботи” (Chemical Robots). Представникам агентства необхідно було отримати “м’якого” робота, який вміє проходити крізь будь-які щілини, але знову набуває первісну форму, коли виявляється в пункті призначення.
Хосой і її колеги визнають, що створення “рідкого” робота, здатного до того ж маніпулювати об’єктами, – найважче з завдань. Передбачити, як буде рухатися такий матеріал, практично неможливо. Тому дослідники вирішили підійти до проблеми з іншого боку і розробити матеріал, здатний перемикатися між твердим і рідким станом.
“Якщо вам потрібно, щоб робот протиснувся в дверну щілину, потрібно перевести його в рідкий стан, а якщо ви хочете, щоб він захопив для вас молоток або відкрив вікно, необхідно, щоб хоча б його частина була жорсткою”, – пояснює Хосой в прес-релізі.
Щоб створити такий матеріал, вчені покрили піноматеріал воском. Вибір припав на спінений матеріал, оскільки саме ця субстанція здатна втиснутися в щілину, у багато разів меншу, ніж вона сама, але після вивільнення вона знову набуває первісну форму. У той же час воскове покриття може бути твердим зовні і рідкуватим всередині, якщо регулювати нагрівання речовини.
Помірне нагрівання можна забезпечити за допомогою протягування дроту уздовж кожної стійки з піноматеріалу. А в подальшому подавати струм для того, щоб розтопити віск в потрібній ситуації. Вимикання подачі струму знову спровокує затвердіння воску і, як наслідок, всієї конструкції.
“На додаток до зміни агрегатного стану, нагрівання матеріалу робить його стійким до пошкоджень. Фактично, його можна назвати самовідновлюючим”, – говорить Хосой, чия стаття вийшла в журналі Macromolecular Materials and Engineering.
Щоб побудувати конструкцію великого розміру, дослідники помістили пінополіуретан у ванну з розплавленим воском. Потім піноматеріал стиснули так, щоб він ввібрав віск, і отримали бажаний результат. Зрозуміло, замість всіх цих “підручних” матеріалів можна було б використовувати високотехнологічні аналоги, але інженери стверджують, що бюджетність їх розробки є одним з головних переваг. Завдяки низькій вартості, технологію незабаром можна буде виводити на ринок.
Читайте також: Вуглебетон — будматеріал майбутнього?
Більш того, точно такий же матеріал можна зібрати і за допомогою 3D-принтера, що Хосой довела в ході свого другого експерименту. Вчені використовували технологію адитивного виробництва для створення піноматеріалу з чіткою гратчастою структурою. Випробування показали, що 3D-друкований піноматеріал функціонує краще, ніж пінополіуретан, проте саме останній доцільніше використовувати в масовому виробництві. При бажанні, відзначають інженери, віск також можна замінити на більш дорогий матеріал.
У даний момент Хосой і її колеги вивчають нетрадиційні матеріали на потенційну придатність для використання в робототехніці. Наприклад, вчені вивчають магнітореологічні і електрореологічні рідини, які можна переводити з одного агрегатного стану в інший за допомогою впливу магнітного або електричного поля.