Интеллектуальные машины

Новый материал для роботов-оригами

Фото: news.nus.edu.sg

«Роботы-оригами» – современные мягкие и гибкие устройства. В настоящее время тестируются для использования в медицине, поисково-спасательных операциях и разработке более крупных роботизированных устройств. Для обеспечения гибкости их часто изготавливают из пластика или резины, а чтобы конструкция не теряла функциональности, все датчики и проводящие электричество компоненты размещают сверху. Это увеличивает массу устройств.

Исследователи Национального университета Сингапура (NUS) разработали новый метод создания материала на основе металла для использования в мягких роботах.
Комбинируя платину с золой, исследователи получили принципиально новый материал с уникальными свойствами: он одновременно обладает качествами бумаги, пластика и резины, к тому же он намного легче бумаги и более энергоэффективен.

По мнению исследователей, разработку можно использовать для создания гибких и легких протезных конечностей, в среднем на 60% легче, чем аналоги. Такие протезы будут способны передавать силу натяжения, пользователь поймёт, насколько разогнута рука или нога.

Металлический сплав в три раза легче, чем обычные материалы для изготовления роботов-оригами. Энергоэффективность позволяет таким роботам использовать на 30% меньше электроэнергии. Новый материал огнестойкий, потому вполне пригоден для конструирования устройств, работающих в суровых средах (он выдерживает температуру 800 °C до 5 минут). Кроме того, проводящий материал имеет возможность геотермального нагрева по требованию – передача напряжения через материал вызывает его нагрев, следовательно, минимизирует повреждения от обледенения, когда конструкция функционирует при минусовых температурах.

Сплав разработан методом «шаблонного синтеза с применением оксида графена». Для этого целлюлозная бумага замачивается в растворе оксида графена, а затем погружается в раствор из ионов металла, в данном случае платины. Затем сырьё сжигается в инертном газе аргоне при 800 °С, а затем ещё раз обрабатывается при 500°С с подачей воздуха. Конечный продукт представляет собой слой тонкого металла толщиной 0,09 мм, на 70% состоящего из платины, а на 30% – из аморфного углерода (золы). Материал изгибается, растягивается и складывается. Помимо платины в сплаве можно использовать серебро или золото. Эксперимент показал, что за счёт проводящих качеств материал выполняет функцию стабильного мягкого проводника: так роботы определяют степень давления, напряжения и прочие воздействия извне без необходимости подключать внешнюю электронику. Сплав работает как беспроводная антенна, а робот, покрытый им, поддерживает связь с другими машинами или оператором без использования внешних коммуникационных модулей. Сфера применения роботов-оригами: работа в условиях повышенной опасности, например, разливы химикатов и пожароопасные ситуации, а также функционирование в качестве искусственных мышц или гуманоидных роботизированных рук. В будущем учёные намерены применить электрохимически активные материалы для изготовления устройств накопления энергии прямо на мини-роботах – таким способом они получат автономное питание.