Он плавится под воздействием переменного магнитного поля
Инженеры из Китая и США создали робота из галлия и микрочастиц неодима-железа-бора. Благодаря низкой температуре плавления робот способен быстро переходить из твердой формы в жидкую и проходить через узкие ограниченные пространства, при этом для нагрева используется переменное магнитное поле. В будущем робот может применяться для дистанционной сборки печатных плат, крепежа конструкций в труднодоступных местах, а также в биомедицинских целях для доставки лекарственных препаратов и неинвазивных операций внутри организма. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Matter.
Инженеры давно работают над созданием миниатюрных роботов, которыми можно управлять дистанционно. Благодаря небольшим размерам они способны проникать в труднодоступные места и выполнять различные манипуляции с объектами. Обычно конструкция таких роботов состоит из материалов с внедренными в них магнитными частицами, которые позволяют воздействовать на них с помощью внешнего магнитного поля.
В качестве примера можно привести недавно представленный прототип робота, который может применяться для доставки лекарственных препаратов и неинвазивных манипуляций внутри организма. Его цилиндрический корпус состоит из полипропиленовой пленки и силикона с внедренными магнитными частицами, что позволяет перемещать его с высокой точностью с помощью магнитной системы управления.
Этот робот и подобные ему устройства имеют один существенный недостаток — в их конструкции используются достаточно твердые материалы, которые ограничивают способность робота изменять форму и проникать через очень узкие пространства. С другой стороны, существующие на сегодняшний день роботы на основе жидких материалов в свою очередь имеют слишком низкую механическую прочность, что ограничивает их скорость передвижения, грузоподъемность и силу, с которой они способны воздействовать на объекты.
Разрешить это противоречие попыталась группа инженеров из Китая и США под руководством Кармеля Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона. Они создали робота на основе металла галлия, смешанного с микрочастицами неодима-железа-бора. Получившийся композитный материал имеет низкую температуру плавления равную 30,6 градуса Цельсия. С одной стороны, это позволяет ему оставаться твердым при комнатной температуре, а с другой — он легко переходит в жидкую фазу без больших затрат энергии.
Для нагрева применяется переменное магнитное поле. Под его воздействием за 80 секунд материал массой 50 граммов нагревается до 35 градусов и расплавляется. После отключения нагревателя происходит остывание за счет отдачи тепла окружающей среде и переход в твердую фазу в течение 70 секунд. При желании можно изменять температуру плавления робота, используя в качестве материала сплавы галлия с другими металлами (например, галинстан — сплав галлия с оловом и индием — имеет температуру плавления минус 19 градусов Цельсия).
Благодаря внедренным в расплав магнитным микрочастицам роботом можно управлять с помощью магнитного поля. При этом направление суммарной намагниченности «корпуса» можно изменять в момент когда материал находится в жидком состоянии, а микрочастицы NdFeB, каждая из которых представляет собой отдельный маленький магнит, способны свободно ориентироваться под воздействием внешнего магнитного поля.
Инженеры провели серию экспериментов, чтобы убедиться в достоинствах выбранного материала для робота. В одном из них они продемонстрировали его способность проходить через узкие пространства. Для этого робота в форме фигурки LEGO поместили в клетку с прутьями. Затем материал нагрели и перевели в жидкую фазу и робот в жидкометаллическом состоянии смог просочиться между прутьями решетки. После этого каплю материала поместили в форму, в которой робот затвердел и принял первоначальный вид.
В другом эксперименте было продемонстрировано возможное практическое применение — размещение электронных компонентов и их припаивание к печатной плате. Для этого двух роботов сначала использовали для того чтобы правильно разместить электронный компонент (светодиод) над нужными электрическими контактами. Затем роботов поместили поверх контактов и расплавили. После охлаждения и затвердевания компонент оказался надежно закреплен и функционален.
Также частицы из расплавляемого материала можно использовать в качестве дистанционно устанавливаемого крепежа. Для этого необходимо разместить их над отверстиями, а затем расплавить. После того как жидкий металл заполнит отверстия, нагреватель отключается. Как продемонстрировал эксперимент, два таких «винта», с помощью которых скрепили две пластиковые пластины, способны удерживать груз массой 10 килограмм.
Кроме этого, инженеры продемонстрировали возможность применения робота в области медицины. Благодаря переходу из твердого в жидкое состояние и изменению формы робот смог захватить и удалить инородное тело из модели желудка, а также доставить в него лекарственный препарат.
Системы магнитного управления позволяют с высокой точностью позиционировать намагниченные объекты в пространстве. Ранее мы рассказывали о разработке инженеров из MIT, которые создали систему для дистанционного проведения эндоваскулярных хирургических операций. Она состоит из манипулятора с магнитом на конце, с помощью которого можно с высокой точностью управлять намагниченным хирургическим инструментом внутри кровеносных сосудов.
Максимальный крутящий момент его актуаторов составляет 360 ньютон-метров
Китайская робототехническая компания Unitree Robotics анонсировала разработку человекоподобного робота общего назначения H1. В видео, появившемся на YouTube-канале компании, показан уже достигнутый инженерами прогресс в разработке. В нем прототип робота H1, одетый в чехол в виде черных чулок и футболки ходит по ровной поверхности, удерживая равновесие. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всего десять лет назад ходячие человекоподобные роботы казались диковинкой, а видеоролики с трюками, которые совершал созданный компанией Boston Dynamics робот Atlas вызывали удивление. За прошедшее с тех пор время к разработке собственных вариантов человекоподобных роботов приступили несколько новых компаний. Свой проект двуногого гуманоидного робота общего назначения под названием Optimus появился даже у производителя электромобилей Tesla — недавно компания показала его обновленную версию. Теперь список компаний пополнился китайской Unitree Robotics, которая знаменита прежде всего производством четвероногих роботов. 15 августа Unitree анонсировала новую разработку — двуногого ходячего человекоподобного робота общего назначения H1. Согласно информации на сайте компании, высота робота составляет 1800 миллиметров, а масса — 47 килограмм. Сейчас максимальная скорость ходьбы H1 составляет 1,5 метра в секунду, но в будущем эта величина может возрасти до пяти метров в секунду. Поправка Изначально в заметке предполагаемая будущая скорость робота была ошибочно указана в километрах в час Моторы в суставах имеют крутящий момент до 360 ньютон-метров. Ноги H1 имеют пять степеней свободы, а руки — четыре. На опубликованных изображениях и в видео на руках отсутствуют манипуляторы. В данный момент они еще находятся в разработке и будут доступны как опция в будущем. Для ориентации в пространстве робот оснащен 3D лидаром с круговым обзором и камерой глубины, которые установлены на рамке, имитирующей голову. Unitree прогнозирует что разработка H1 может занять от трех до десяти лет, а конечная стоимость робота не превысит 90 тысяч долларов. https://www.youtube.com/watch?v=GtPs_ygfaEA Fourier Intelligence недавно тоже представила прототип человекоподобного робота GR-1. Он ниже H1 на 15 сантиметров и тяжелее на 8 килограмм. Компания утверждает, что GR-1 будет способен поднимать вес сопоставимый со своим собственным, благодаря чему сможет использоваться в качестве помощника для пожилых людей и пациентов, которым требуется реабилитация.