Исследователи из Сеульского национального университета разработали искусственную мышцу, которая может менять форму во время работы, восстанавливать повреждения и использоваться повторно. Это открывает новые возможности для адаптивных роботов и гибких устройств нового поколения.

Команда создала новый привод из диэлектрического эластомера, или DEA, используя феррожидкостный материал с фазовым переходом, который ведет себя как твердое вещество при комнатной температуре, но становится текучим под воздействием тепла или магнитных полей.

Это позволяет изменять форму внутренней структуры электрода даже после изготовления.

ДЕА — это мягкие устройства, которые преобразуют электрическую энергию в движение. Их часто называют искусственными мышцами, потому что они могут двигаться быстро и точно.

Они уже используются в таких областях, как системы тактильной обратной связи, носимые устройства и мягкие роботизированные захваты для работы с хрупкими предметами.

Однако традиционные версии ограничены фиксированными схемами расположения электродов, нанесенными в процессе производства.

После сборки они могут выполнять только одно заданное движение, что вынуждает инженеров перепроектировать оборудование для решения новых задач или работы в изменившихся условиях.

Роботы, которые перестраивают проводку

Новая система устраняет это ограничение, позволяя электродам разделяться, объединяться и перемещаться в трехмерном пространстве во время работы устройства.

По словам исследователей, один привод может переключать функции в режиме реального времени, выполняя различные движения, такие как сгибание, раздвигание или замыкание контура.

Фазово-переходный сегнетоэлектрический электрод можно расплавить до жидкого состояния и изменить его положение с помощью магнитных полей.

Его также можно разделить на несколько секций, что позволит одному мягкому роботизированному компоненту выполнять несколько функций без необходимости перепроектирования.

Это может помочь упростить производство в сфере мягкой робототехники, где многие устройства сегодня создаются для решения узких, одноцелевых задач.

Вместо замены компонентов роботы будущего смогут перестраиваться в зависимости от выполняемых задач.

Профессор Чон Юн Сон сказал: «Это исследование представляет собой прорыв в области преобразования традиционно статичных и пассивных электродов в «живые программируемые элементы» благодаря инновациям в области разработки частиц и полимеров. Эта технология самовосстанавливающихся электродов, способных менять форму, станет основой для устойчивой мягкой робототехники нового поколения».

Повреждения больше не смертельны

Исследователи также разработали механизм восстановления привода после порезов или сбоев в подаче электроэнергии. Если часть электрода повреждена, близлежащий материал может быть переведен в жидкое состояние, чтобы восстановить разорванные связи или обойти поврежденные участки.

Это означает, что роботизированная система может продолжать работать после происшествий, которые обычно выводят из строя обычные мягкие приводы. Эта функция может быть полезна в суровых промышленных условиях, где оборудование подвергается износу, ударам или воздействию электрического тока.

Команда также продемонстрировала возможность вторичной переработки. По окончании срока службы устройства материал электрода можно извлечь в жидком виде и ввести в новую систему. Даже после многократного повторного использования, по данным исследователей, эффективность восстановления составляет около 91 процента при сохранении стабильных характеристик.

Профессор Хо-Ён Ким добавил: «С точки зрения машиностроения, для достижения высокой степени свободы мягких роботов, подобных человеческим мышцам, необходима структурная гибкость. Благодаря междисциплинарной интеграции с материаловедением мы продемонстрировали, что одна роботизированная конструкция может генерировать практически неограниченное количество способов движения».

В будущем роботы смогут двигаться более естественно, появятся самовосстанавливающиеся машины, трансформирующиеся дисплеи и гибкая электроника, которую можно будет ремонтировать, а не выбрасывать.

В работе рассказывается о растущих усилиях, направленных на то, чтобы сделать роботов более адаптируемыми, долговечными и экологичными за счет сочетания материаловедения и машиностроения.