Роборуку научили залечивать раны
Инженеры из Брюссельского свободного университета разработали мягкую пневматическую роборуку из материала, способного самостоятельно «заживлять» повреждения. Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Science Robotics.
Многие инженеры разрабатывают не только классических металлических или пластиковых роботов, но и мягких. Этот подход имеет несколько преимуществ. Например, такого робота можно безопасно использовать вблизи человека или даже взаимодействовать с ним, а еще такие роботы, как правило, лучше захватывают предметы. Но у них есть и очевидный недостаток — мягкие материалы имеют гораздо меньшую прочность и быстрее изнашиваются.
Бельгийские инженеры решили сделать свой робоманипулятор похожим на человеческую руку не только внешне, но и наделить его способностью заживлять порезы и раны, как это делает человеческая кожа. Пальцы робота представляют собой массив из камер, надуваемых воздухом. Когда давление в камерах повышается, они начинают раздуваться и давить друг на друга, а, поскольку, они соединены с одной стороны, палец начинает изгибаться.
«Заживляющие» свойства материала, из которого выполнена роборука, основаны на реакции Дильса — Альдера, происходящей в специальном полимере, из которого созданы пневматические камеры манипулятора. После того, как часть материала повредилась, часть связей в нем оказалась разрушена. Для того, чтобы восстановить поврежденный участок в исходный вид, ученые нагревают роборуку до 80 градусов и выдерживают при этой температуре в течение 40 минут. Это размягчает материал за счет дополнительного разрушения связей и делает его молекулы более подвижными. После того, как порез затянулся, роборука охлаждается до комнатной температуры, и связи снова восстанавливаются.
Исследователи утверждают, что после суток при комнатной температуре механические свойства восстанавливаются на 98 процентов от исходных значений. Они считают, что эту технологию можно будет применять и в других сферах, к примеру для создания износостойких шин для автомобилей.
Недавно китайские ученые создали материал с похожими свойствами. Он также может самостоятельно «заживляться», причем даже если его разрезали пополам. Помимо этого его цвет обусловлен не красителями, а специальной структурой, обратной структуре опала, которая делает его фотонным кристалом.
Григорий Копиев
Он может сам подключаться к зарядной станции
Инженеры разработали дешевое решение для автономной подзарядки электрических мультикоптеров. Система под названием AutoCharge представляет собой зарядную станцию с коннектором, оснащенным электромагнитом. Дрон также оснащается магнитным коннектором, размещенном на конце гибкого шнура. При сближении дрона со станцией, коннекторы притягиваются друг к другу, обеспечивая надежное электрическое соединение на время зарядки батареи. Препринт статьи опубликован на сайте arxiv.org. На сегодняшний день мультикоптеры — наиболее популярный тип беспилотных летательных аппаратов. Однако при всех достоинствах, дроны, построенные по этой схеме, обладают ключевым недостатком, который заключается в относительно невысокой продолжительности полета. Для большинства существующих моделей оно не превышает получаса. Увеличение количества батарей на борту приводит к утяжелению дрона и снижению массы полезной нагрузки, которую он способен нести. Например, квадрокоптер US-1, созданный компанией Impossible Aerospace способен на одном заряде провести в воздухе целых два часа и пролететь около 75 километров, но его собственная масса при этом составляет 7,1 килограмма, а полезная нагрузка массой всего лишь 1,3 килограмма снижает время полета со 120 минут до 78. Другой подход к увеличению времени полета дрона — использовать системы автоматической замены или подзарядки батарей в формате зарядных станций, расположенных на пути беспилотника. Однако существующие на сегодняшний день решения (гнезда дронов) не универсальны, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, от мультикоптера обычно требуется точная посадка на платформу, что не всегда легко реализовать на открытом воздухе. Группа инженеров под руководством Джузеппе Лоянно (Giuseppe Loianno) из Нью-Йорского университета разработала простое и дешевое решение AutoCharge для автономной подзарядки дронов любого размера. Оно представляет собой небольшую док-станцию на верхней части которой располагается электрический коннектор, совмещенный с электромагнитом. К дрону крепится гибкий шнур, один конец которого подсоединен к схеме питания батареи дрона, а на другом конце располагается коннектор с постоянным магнитом. Когда батарея беспилотника разряжается ниже порогового значения, он подлетает к зарядной станции. Свободно свисающий на конце шнура магнитный коннектор дрона оказывается в зоне действия магнитного поля электромагнита, встроенного в коннектор на док-станции, притягивается к нему и происходит их стыковка. Правильному и надежному соединению также способствуют отверстия, расположенные на коннекторе док-станции и выступающие штифты на коннекторе дрона. После успешного соединения электромагнит, встроенный в док-станцию, отключается и начинается зарядка батареи дрона. В этот момент дрон может приземлиться рядом или продолжать выполнять задачи в воздухе. После восполнения заряда батареи беспилотник может продолжать полет. Для этого он механически отсоединяет свой коннектор от зарядной станции, на которой с небольшой задержкой снова включается электромагнит, для выполнения следующей стыковки. По словам разработчиков, такая схема зарядки проста, подходит для дронов разных размеров и не требует использования сложных алгоритмов и механизмов для точной посадки, а стоимость док-станции с выполненным с помощью 3D печати корпусом не превышает 50 долларов. Длина шнура может подбираться в зависимости от задач. Например, если дрону не требуется находиться в воздухе во время зарядки, шнур может быть коротким. Это снижает массу дрона и повышает эффективность зарядки, а также почти не влияет на точность управления в полете. https://www.youtube.com/watch?v=6xYvI-qIe3M&t=11s Разработчики провели эксперимент, в ходе которого тестовый квадрокоптер действовал полностью автономно. После полетов по заданной траектории и уменьшения напряжения батареи до минимума дрон подключался к зарядной станции. Зарядив батарею, беспилотник отсоединял коннектор и вновь продолжал полет до очередного разряда. Эксперимент продолжался в течение десяти часов. В будущем инженеры планируют добавить возможность использовать систему зарядки AutoCharge без предварительного знания о местоположении зарядной станции, полагаясь лишь на бортовые камеры дрона для ее визуальной локализации. В случае если необходимо выполнять полеты дольше нескольких часов, дроны-квадрокоптеры оснащают гибридной силовой установкой. В такой схеме беспилотник использует электромоторы для вращения винтов, но энергия для них вырабатывается двигателем внутреннего сгорания. Например, в 2018 году китайские инженеры продемонстрировали полет шестироторного мультикоптера, оснащенного ДВС и аккумуляторами, в ходе которого дрон продержался в воздухе 7 часов и 17 минут.