Инженеры создали мягко-жёстких роботов без моторов: движение обеспечивают нагрев и «оригами-структуры»

Принстонская разработка использует жидкокристаллические эластомеры и встроенную электронику, позволяя роботам двигаться за счёт управляемой деформации материала

Инженеры из Принстона разработали гибридных мягко-жёстких роботов, которые не нуждаются в моторах или воздушных насосах. Используя жидкокристаллический эластомер и вдохновлённые оригами, они создали роботов, способных двигаться без износа.

Мягкие роботы стремятся к плавным движениям и изменению формы, но обычно зависят от громоздких моторов или внешних систем. Принстонская команда применила специальный печатный материал — жидкокристаллический эластомер, а также гибкую электронику и 3D-печать для создания роботов, которые могут двигаться за счёт контролируемого нагрева полимера.

В качестве демонстрации был создан робот в форме оригами-журавля. При воздействии электрического поля журавль начинает махать крыльями и выполняя программируемые последовательности движений. Разработка открывает перспективы для применения в мягкой робототехнике.

С помощью 3D-принтера команда напечатала полимер с заданными зонами узоров. Благодаря жидкокристаллическому эластомеру молекулы полимера выстраиваются в упорядоченную структуру. Программирование принтера позволило молекулам ориентироваться в определённых направлениях, создавая встроенные шарниры. При нагреве эти шарниры изгибались предсказуемо, обеспечивая движение робота.

Гибкая электроника была встроена в шарниры материала, — гибкость печатных плат позволила интегрировать их прямо в материал. Система была разработана для нагрева определённых областей полимера, а встроенные температурные датчики обеспечили замкнутый контур управления, позволяя роботу реагировать в реальном времени.

Для точного и повторяемого движения команда усилила области между шарнирами тонкими стекловолоконными панелями, прикреплёнными к гибким платам. Это позволило роботу двигаться без моторов.

Для управления движением, таким как складывание и развёртывание, использовались математические модели, основанные на узорах оригами. Дэвид Бершадский, соавтор разработки из Техасского университета, добавил: «Главный вклад — это интеграция материаловедения и робототехники с акцентом на производственные возможности».

Бершадский также разработал программный инструмент, доступный на GitHub, который помогает создавать собственных роботов. Этот инструмент включает данные из публикации в журнале Advanced Materials, упрощая эксперименты и дальнейшую разработку.