Мягкие роботы получили электрофлюидные логические схемы

Британские инженеры разработали метод создания логических схем для роботов, состоящих в основном из мягких компонентов. Они предложили объединять гибкие провода и электроды с мягкими трубками, частично заполненными проводящей жидкостью. Проходя через область с электродами, жидкость замыкает цепь. Используя этот принцип инженеры создали несколько базовых логических схем, а также простых роботов на их основе. Статья опубликована в журнале Science Robotics.

В робототехнике существует отдельная достаточно большая область, связанная с разработкой мягких роботов. В основном такие роботы необходимы для медицины, где жесткие детали могут нанести травму пациенту. Кроме того, мягкие роботы могут восстанавливаться после сильных деформаций, к примеру, сдавливания. Для внешнего корпуса мягких роботов уже давно разработано много материалов и покрытий, и основная нерешенная проблема этой области связана с другим — ключевые компоненты, такие как вычислительные платы и моторы, как правило, сложно сделать гибкими.

Инженеры уже добились промежуточных успехов в мягкой робототехнике: в 2016 году был создан полностью мягкий робот с микрофлюидной логической схемой, однако такой способ управления имеет свои ограничения. Группа инженеров под руководством Джонатана Росситера (Jonathan Rossiter) из Бристольского университета разработала конструкцию, позволяющую объединять в мягких роботах трубки для жидкости и электронные компоненты.

Концепция, придуманная инженерами, достаточно проста, а сами авторы сравнивают ее с кровообращением в живых организмах — в ответ на стимулы организм может ввести в кровеносную систему гормон. Циркулируя по крови, молекулы гормона попадают на специфичные к ним рецепторы, что вызывает определенный ответ. В случае с новой схемой в роли кровеносной системы выступает трубка, по которой циркулирует проводящая жидкость и непроводящий воздух, а аналогом рецептора является фрагмент трубки с двумя электродами с разных сторон. Попадая в этот фрагмент, жидкость (в данном случае соленая вода с красителем) замыкает цепь и приводит к какому-либо действию электронных компонентов, к примеру, зажиганию светодиода.

На основе этого принципа инженеры создали несколько прототипов. Один из них представляет собой мягкого робота, передвигающегося благодаря сокращению и распрямлению сегментов из сплава с памятью формы, которые периодически нагреваются и остывают из-за замыкания и размыкания цепи. Цепь в этом роботе замыкается и размыкается благодаря насосу, заставляющему воду и воздух циркулировать по трубке.

Еще один прототип содержит в себе электрофлюидный диод. Пользователь может нажать на кнопку и тем самым заставить жидкость в трубке замкнуть цепь. Эта цепь связана с диодом и заставляет нагревательный элемент в нем нагревать низкокипящую жидкость. Превращаясь в газ, она двигает жидкость в еще одной трубке, что в итоге заставляет двигаться стрелку, связанную с элементом из сплава с памятью формы. Кроме того, инженеры показали, что таким способом можно реализовать базовые логические вентили: НЕ, И, ИЛИ, НЕ И, НЕ ИЛИ.

В роботе, созданном инженерами, используется перистальтический насос на основе жесткого электромотора, но и это ограничение можно обойти — недавно другая группа инженеров создала насос, состоящий только из гибких компонентов. Он состоит из массива электродов, ионизирующих жидкость в трубке и создающих электрическое поле. Оно заставляет ионы двигаться и тем самым разгонять весь остальной поток.

Григорий Копиев