Вдохновленные медузами мягкие роботы превзошли живых собратьев

Мягкая робототехника специализируется на создании роботов из материалов, похожих на ткани человеческого организма. Машины более гибкие, адаптивные и безопасные для людей, что делает их удобными для использования в медицине и на производстве. «Наши предыдущие работы сосредоточились на создании мягких роботов, на которых нас вдохновили гепарды, но, хотя они были очень быстрыми, у них все еще был жесткий внутренний позвоночник», — говорит Цзе Инь, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии Университета штата Северная Каролина и автор статьи о новом роботе в журнале Advanced Materials Technologies.

Робот-гепард был одной из самых быстрых моделей в «мягкой» робототехнике. Его работа строилась по принципу переключения между двумя состояниями: во время движения он сгибал и разгибал «позвоночник», что обеспечивало ему достаточный отрыв от земли и высокую скорость (старые модели могли передвигаться только как гусеницы). Однако твердый хребет снижал производительность.

Ученые решили создать робота, который будет двигаться по такому же принципу, но состоять только их мягких материалов. Они сконструировали его из трех слоев эластичного полимера: верхний сильно натянут, а нижний содержит внутри кольцеобразный воздушный канал — в итоге образуется купол. Между ними находится третий, ненапряженный слой, который заставляет механизм двигаться в определенном направлении. В расслабленном состоянии он изгибается и выглядит как чаша, а когда в канал корпуса поступает воздух, то расправляется и становится похож на медузу, с силой выталкивая ранее собравшуюся воду и двигаясь вперед. Во время эксперимента роботу удалось разогнаться до 53,3 миллиметра в секунду (для сравнения, обычные медузы, за которыми наблюдали ученые, двигались со скоростью до 30 миллиметров в секунду).

Исследовательская группа показала еще несколько моделей. Первая — быстродвижущийся механизм, похожий на гусеницу. Он предварительно сворачивается, а потом выбрасывает свое тело вперед за счет накопленной энергии. Робот тоже состоит из трех слоев: верхнего — натянутого, нижнего с воздушным каналом внутри и третьего — расслабленного, который заставляет его двигаться как личинка.

Наконец, ученые создали трехсторонний робот-захват. Большинство захватов изначально открыты, и им нужна энергия, чтобы удерживать груз. Конструкция новой модели иная: щупальца робота сжаты, и нужно приложить усилия, чтобы разжать их. Как только они окружают цель, то автоматически закрываются и крепко ее держат. «Преимущество здесь в том, что вам не нужна энергия, чтобы держаться за объект во время транспортировки, — это более эффективно», — уверен Инь.

Иллюстрация мягкого робота-медузы. / © НГУ им. н. э. Баумана