Робот из жидкого металла трансформируется из наземного в воздушное транспортное средство

Исследователи из политехнического университета Виргинии разработали миниатюрное беспилотное транспортное средство, которое способно передвигаться по земле, как автомобиль, а при необходимости трансформироваться в полноценный квадрокоптер. В своей работе инженеры использовали резиновые и металлические компоненты, которые способны менять свою форму под действием температуры без необходимости применения двигателей и сервоприводов. Работа команды была опубликована в научном журнале Science Robotics.

Природа богата организмами, которые меняют свою форму для выполнения разных функций. Осьминог резко изменяется для перемещения, приема пищи или взаимодействия со средой, животные имеют гибкие мышцы для преодоления различных нагрузок, растения также способны двигаться для захвата большего количества солнечного света в течение дня. Однако мягкие роботы с трудом достигают сложных конфигураций, трансформируются, чтобы выдерживать нагрузки, и обратимо переходят между несколькими состояниями.

«Мы создали многофункциональный материал для преобразования формы с обратимой и быстрой полиморфной реконфигурацией. Мы сочетаем эластомерный киригами с нетрадиционным обратимым механизмом пластичности в металлических сплавах, чтобы быстро (0,1 секунды) превратить плоские листы в сложные, несущие нагрузку формы с обратимостью и самовосстановлением за счет фазового перехода» - говорится в преамбуле научной статьи.

Чтобы создать структуру, способную трансформироваться, исследователи обратились к киригами – японскому искусству изготовления форм из бумаги путем разрезания. Этот метод отличается от оригами, который использует складывание бумаги. Наблюдая за прочностью этих моделей в каучуках и композитах, команда ученых смогла создать материальную архитектуру повторяющегося геометрического рисунка.

По словам разработчиков, новая конструкция преодолевает компромиссы в отношении деформируемости и несущей способности, а также устраняет требования к мощности для поддержания реконфигурированных форм. Для создания мягкого роботизированного беспилотника-трансформера, который автономно трансформируется из наземного в воздушное транспортное средство, в устройство интегрировали бортовое управление, двигатели и питание.

Идея состояла в том, чтобы пластинчатый каркас робота имел внутри металл, который находится в жидкой форме. Его можно согнуть и растянуть, придав роботу желаемую форму, после чего металл становится твердым, удерживая целостность конструкции. После завершения любой задачи можно включить нагреватели, чтобы нагреть металл до 60 °C, что расплавит его и вернет роботу его первоначальную форму. С этого момента он снова готов к преобразованию в то, что ему нужно делать дальше. Он может трансформироваться и принимать форму менее чем за одну десятую секунды.

В ходе испытаний ученые использовали этот материал для создания робота, который мог двигаться по земле, а затем превращаться в летающий дрон. По сути, его основа – это плоский лист с обращенными вверх пропеллерами в своей летающей конфигурации, а в своей изначальной форме он напоминает тележку на колесах. Другая тестовая модель использовала этот материал в качестве основы для подводной лодки, которая могла погружаться на дно аквариума, захватывать груз и подымать его на поверхность.

«Мы в восторге от возможностей, которые открывает этот материал для многофункциональных роботов, - сказал Эдвард Дж. Бэррон, соавтор исследования. - Эти композиты достаточно прочны, чтобы противостоять нагрузкам от двигателей или силовых установок, но при этом могут легко изменять форму, что позволяет машинам адаптироваться к окружающей среде».

Источник: vtx.vt.edu