Инженеры создали полностью мягкого робопаука с микрофлюидными «мышцами»

Американские инженеры создали полностью мягкий роботизированный аналог паука-павлина (Maratus volans) размером около трех сантиметров. Несмотря на то, что робот состоит только из мягких материалов, он имеет множество подвижных элементов, приводимых в движение с помощью системы микрофлюидных каналов и камер, а также каналы для изменения окраски, рассказывают ученые в журнале Advanced Materials.

К роботам, которые взаимодействуют с людьми, особенно медицинским, предъявляются более высокие требования. Одно из них — робот должен быть мягким, чтобы не травмировать человека. Это сложная проблема для инженеров, потому что помимо корпуса, который легко сделать мягким, такими же должны быть и остальные компоненты, в том числе и актуаторы.

Роберт Вуд (Robert Wood) и его коллеги из Гарвардского университета создали полноценного робота с множеством двигающихся элементов и даже изменяющейся окраской, использовав только мягкие материалы. Робот состоит из 12 слоев прозрачного силиконового эластомера. Процесс создания робота происходит в несколько этапов. Сначала с помощью литографии в каждом слое создается микрофлюидная структура. После этого из листа эластомера с нанесенными каналами вырезается необходимая форма, а затем соседние слои последовательно склеивают.

Поскольку разработчики старались сделать робота, похожего на паука-павлина, они предусмотрели в нем два типа каналов — одни отвечают за движение частей робота, а другие за изменение окраски. Для движения в слоях сделаны тонкие каналы для доставки воздуха, а в местах изгибов, например, в середине ног, сделаны более широкие камеры, которые надуваются и изгибают конструкцию. Кроме того, в роботе есть каналы, в которые подается окрашенная жидкость. Каналы для цветной жидкости предусмотрены в брюшке робопаука и его «глазах». Как и настоящий паук, его роботизированный аналог может двигать ногами и брюшком.

Инженеры предусмотрели в роботе возможность фиксировать двигающиеся части, например, ноги, и превращать их в структурный элемент. Для этого в каналы необходимо подать не воздух, а жидкий фотоотверждаемый полимер. В этом случае нужно заставить часть робота изогнуться на нужный угол, а затем облучить его ультрафиолетом, после чего эта часть затвердевает.

В 2016 году гарвардские инженеры создали полностью мягкого и автономного робота похожей конструкции. Он гораздо больше по размеру, но имеет заметное преимущество — разработчикам удалось сделать его полностью автономным. В роботе есть емкость с пероксидом водорода, который под действием катализатора разлагается на водяной пар и кислород, поступающие в систему микрофлюидных каналов. При этом исследователям также удалось создать простую логическую схему из микрофлюидных каналов, которая управляет подачей газа в те или иные конечности.

Григорий Копиев