Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Пенсильванского университета разработали мягких роботов, способных перемещаться в сложных средах, таких как лабиринты, без вмешательства человека или компьютерного программного обеспечения.

«Эти мягкие роботы демонстрируют концепцию, называемую «физический интеллект», что означает, что структурный дизайн и интеллектуальные материалы — это то, что позволяет мягкому роботу ориентироваться в различных ситуациях, в отличие от вычислительного интеллекта», — говорит Цзе Инь, соответствующий автор статьи о работе. и адъюнкт-профессор машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина.

Мягкие роботы изготовлены из жидкокристаллических эластомеров в форме скрученной ленты , напоминающей полупрозрачные ротини. Когда вы кладете ленту на поверхность с температурой не менее 55 градусов Цельсия (131 градус по Фаренгейту), которая горячее окружающего воздуха, часть ленты, касающаяся поверхности, сжимается, а часть ленты, контактирующая с воздухом, сжимается. нет. Это вызывает вращательное движение ленты. И чем теплее поверхность, тем быстрее она катится.

«Раньше это делалось с помощью стержней с гладкими сторонами, но у этой формы есть недостаток — когда они сталкиваются с объектом, они просто вращаются на месте», — говорит Инь. «Мягкий робот, который мы сделали в форме скрученной ленты, способен преодолевать эти препятствия без какого-либо вмешательства человека или компьютера».

Ленточный робот делает это двумя способами. Во-первых, если один конец ленты сталкивается с объектом, лента слегка поворачивается, чтобы обойти препятствие. Во-вторых, если центральная часть робота сталкивается с объектом, она «защелкивается». Щелчок — это быстрое высвобождение накопленной энергии деформации, которое заставляет ленту слегка подпрыгивать и переориентироваться перед приземлением. Ленте, возможно, придется щелкнуть более одного раза, прежде чем она найдет ориентацию, которая позволит преодолеть препятствие, но в конечном итоге она всегда найдет свободный путь вперед.

«В этом смысле он очень похож на роботов-пылесосов, которые многие люди используют в своих домах», — говорит Инь. «За исключением того, что созданный нами мягкий робот черпает энергию из окружающей среды и работает без какого-либо компьютерного программирования».

«Два действия, вращение и щелчок, которые позволяют роботу преодолевать препятствия, действуют по градиенту», — говорит Яо Чжао, первый автор статьи и научный сотрудник NC State. «Самый сильный щелчок происходит, если объект касается центра ленты. Но лента все равно щелкнет, если объект коснется ленты вдали от центра, просто он менее мощный. И чем дальше вы находитесь от центра, тем менее выражено щелчок, пока вы не достигнете последней пятой части длины ленты, что вообще не дает щелчка».

Исследователи провели несколько экспериментов, демонстрирующих, что лентообразный мягкий робот способен перемещаться по различным лабиринтам. Исследователи также продемонстрировали, что мягкие роботы будут хорошо работать в условиях пустыни, показав, что они способны взбираться и спускаться по рыхлым песчаным склонам.

«На это интересно и весело смотреть, но, что более важно, это дает новое представление о том, как мы можем создавать мягких роботов, способных собирать тепловую энергию из окружающей среды и автономно преодолевать сложные, неструктурированные условия, такие как дороги и суровые пустыни» . Инь говорит.

Статья «Твистинг для мягкого интеллектуального автономного робота в неструктурированных средах» будет опубликована 23 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences.