Наблюдайте за этим человеком

Ячеечный пресс

видео: Это видео, на котором робот в форме человека разжижается, чтобы вырваться из клетки, после чего исследователи вручную извлекли робота и вернули ему первоначальную форму.посмотреть больше

Авторы и права: Ван и Пан и др.

Вдохновленные морскими огурцами, инженеры разработали миниатюрных роботов, которые быстро и обратимо переключаются между жидким и твердым состояниями. Помимо способности менять форму, роботы обладают магнитными свойствами и проводят электричество. В исследовании, опубликованном 25 января в журнале Matter, исследователи заставили роботов пройти полосу препятствий, проверив их мобильность и изменение формы.

Если традиционные роботы имеют твердый и жесткий корпус, то «мягкие» роботы сталкиваются с противоположной проблемой; они гибкие, но слабые, и их движения трудно контролировать. «Предоставление роботам возможности переключаться между жидким и твердым состояниями наделяет их большей функциональностью», — говорит Ченгфэн Пан (@ChengfengPan), инженер Китайского университета Гонконга, который руководил исследованием.

Команда создала новый фазосдвигающий материал, получивший название «магнитоактивная машина фазового перехода твердое тело-жидкость», путем внедрения магнитных частиц в галлий, металл с очень низкой температурой плавления (29,8 °C).

«Магнитные частицы здесь играют две роли», — говорит старший автор и инженер-механик Кармель Маджиди (@SoftMachinesLab) из Университета Карнеги-Меллон. «Во-первых, они делают материал чувствительным к переменному магнитному полю, поэтому вы можете с помощью индукции нагреть материал и вызвать фазовый переход. Но магнитные частицы также придают роботам мобильность и способность двигаться в ответ на магнитное поле».

Это контрастирует с существующими фазосдвигающими материалами, которые используют тепловые пушки, электрические токи или другие внешние источники тепла для индукции превращения твердого тела в жидкость. Новый материал также может похвастаться чрезвычайно текучей жидкой фазой по сравнению с другими материалами с фазовым изменением, чьи «жидкие» фазы значительно более вязкие.

Прежде чем исследовать потенциальное применение, команда проверила подвижность и прочность материала в различных условиях. С помощью магнитного поля роботы перепрыгивали рвы, взбирались на стены и даже разделялись пополам, чтобы совместно перемещать другие объекты, прежде чем снова объединиться. В одном из видеороликов робот в форме человека разжижается и просачивается сквозь сетку, после чего его извлекают и возвращают в первоначальную форму.

«Теперь мы продвигаем эту систему материалов более практичными способами для решения некоторых очень конкретных медицинских и инженерных проблем», — говорит Пан.

Что касается биомедицины, команда использовала роботов для удаления инородного объекта из модельного желудка и доставки лекарств по требованию в тот же желудок. Они также демонстрируют, как этот материал может работать как умный паяльный робот для сборки и ремонта беспроводных схем (проникая в труднодоступные цепи и действуя одновременно как припой и проводник), а также как универсальный механический «винт» для сборки деталей в труднодоступных местах. труднодоступных местах (путем вплавления в резьбовое гнездо и последующего затвердевания; фактическое завинчивание не требуется).

«Будущая работа должна дополнительно изучить, как эти роботы могут быть использованы в биомедицинском контексте», — говорит Маджиди. «То, что мы показываем, — это всего лишь разовые демонстрации, доказательства концепции, но потребуется гораздо больше исследований, чтобы понять, как это на самом деле можно использовать для доставки лекарств или для удаления посторонних предметов».

###

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая, Фондом естественных наук провинции Гуандун, Специальным планом поддержки талантов высокого уровня в провинции Гуандун и Ключевым планом исследований и разработок провинции Гуандун.

Материя, Ван и Пан и др. «Магнитоактивное вещество перехода жидкость-твердая фаза», https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2

Matter (@Matter_CP), издаваемый Cell Press, — это новый журнал, посвященный междисциплинарным, преобразующим исследованиям в области материаловедения. В статьях рассматриваются научные достижения по всему спектру разработки материалов — от основ до приложений, от нано до макро. Посетите: https://www.cell.com/matter. Чтобы получать оповещения СМИ Cell Press, отправьте письмо по адресу [email protected].