Механический предохранитель из жидкого сплава защитил робота и восстановился после разрыва

Японские инженеры создали робоногу с механическим предохранителем, способным восстанавливаться после использования. За восстановление в элементе отвечает лента из металлического сплава, которая разрывается при определенной нагрузке, а затем расплавляется под действием нагревателя и снова формирует единую деталь, которую можно использовать повторно, рассказывает IEEE Spectrum. Статья с описанием разработки была представлена на конференции IROS 2019, но пока не опубликована.

Поскольку роботы и другие машины могут во время работы подвергаться высоким нагрузкам, иногда критическим для них, существуют простые механические элементы, призванные защитить от чрезмерной нагрузки. Например, для ограничения нагрузки применяют механические предохранители, разрывающиеся при определенном заранее известном усилии, а для смягчения нагрузки при резком росте нагрузки применяют амортизаторы рывка. Как правило, эти элементы одноразовые и их приходится заменять после использования.

Масаюки Инаба (Masayuki Inaba) с коллегами из Токийского университета разработал и продемонстрировал многоразовый механический предохранитель, способный восстанавливаться после разрыва. Конструкция состоит из рамы, соединенной пружинами и постоянными магнитами, а также ленты из сплава с низкой температурой плавления (около 50 градусов Цельсия).

Предохранитель соединен с самым нижним сегментом ноги через трос так, что при сгибании ноги трос натягивается и нагрузка на предохранитель повышается. Параметры предохранителя и всей ноги в целом рассчитаны так, что металлическая лента в нем разрывается первой и тем самым защищает от разрушения другие элементы.

После того, как предохранитель срабатывает и лента в нем разрывается, нагрузка спадает и две части ленты снова притягиваются друг к другу благодаря магнитам и пружинам. После этого нагревательный элемент расплавляет металл и два фрагмента ленты соединяются. Во время восстановления сплав не вытекает из предохранителя благодаря прозрачным «окошкам» с двух сторон.

Разработчики показали работу предохранителя на примере робоноги. При падении ноги предохранитель срабатывает, однако затем восстанавливается. При этом прочность ленты снижается более чем в три раза, поэтому в процессе распрямления ноги после восстановления предохранитель снова сломался.

Ранее мы рассказывали о других разработках, в которых жидкий сплав используется для восстановления поврежденных частей. Например, в прошлом году американские исследователи создали эластичный проводник, состоящий из множества капель жидкого сплава, заключенных в полимер. Если такой материал частично порезать, вокруг порезов образуются новые проводящие дорожки из объединенных капель.

Григорий Копиев