Молекулярный робот из гидрогеля
Исследователи из Северо-Западного университета (Чикаго, США) разработали уникальный эластичный материал и миниатюрного робота на его основе. Он может передвигаться со скоростью пешехода, захватывать и транспортировать грузы, преодолевать препятствия и даже танцевать.
Робот размером около сантиметра в поперечнике целиком сделан из нового материала на основе гидрогеля, в котором почти 90% массовых частей воды. Он перемещается без гидравлики и электродвигателей. Вместо них робот активируется светом и движется в направлении внешнего магнитного поля.
Секрет точного движения и маневренности робота заключается в его меняющейся заполняемости водой, которая удерживается в каркасе на основе ферромагнитных нитей из сплава железа и никеля. Такая микроструктура позволяет ему реагировать на свет, удерживать или вытеснять воду, а также менять жесткость и быстро реагировать на магнитные поля.
Под воздействием света молекулы в гидрогеле переориентируются и разворачиваются гидрофобными концами. Они выталкивают воду, и нога робота сгибается в виде дуги. Когда свет выключается, нога становится плоской, и робот наклоняется.
Серия светодиодных вспышек способна заставить робота быстро сгибать и разгибать ноги, но для ходьбы этого недостаточно — нужно ещё и магнитное поле.
Под воздействием вращающихся магнитных полей каркас вставшего на ноги робота циклически деформируется, что и приводит в движение ноги. Вращающееся поле можно запрограммировать так, чтобы робот двигался по заранее заданному пути со скоростью примерно один шаг в секунду.
«Мы можем запрограммировать определенные последовательности магнитных полей, которые удаленно управляют роботом и направляют его по траекториям на плоских или наклонных поверхностях. Это позволяет направлять роботов через узкие проходы и вести их по сложным маршрутам», — сказала Моника Ольвера де ла Крус, руководившая теоретической разработкой.
Четвероногий мини-робот функционирует в воде без ограничений по времени, что делает его идеальным акваботом. Группа таких роботов может применяться для мониторинга состояния водоёмов, их уборки от лёгкого мусора, или устранения химических загрязнений.
«Мы называем свою разработку «мягким материалом с молекулярным интеллектом». Из него можно изготовить миниатюрных роботов разной формы и размеров, которые будут выполнять полезные функции в крошечных пространствах под водой или в организме человека», — пояснил руководитель проекта Сэмюэл Ступп.
В будущем разработчики планируют сконструировать подобных роботов на молекулярном уровне для точной доставки лекарственных препаратов в определенные ткани. Также их теоретически можно будет применять в 3D биопечати для управляемой миграции клеток в матриксе напечатанного органа.
Видео: Vimeo Источник: TechXplore.com