Терминатор из желе: поработал — и растаял. Робототехника стала ещё экологичнее
NewsMakerПровода, железные каркасы — всё это уже неактуально... Что насчёт свиного жира?
Массивные стальные конструкции, несокрушимые механические суставы, вечная электроника — привычный образ робота постепенно уходит в прошлое. На смену нержавеющей стали приходят природные материалы, способные раствориться в без следа, подобно опавшим листьям.
Международная группа специалистов из Университета Вэстлейк в Ханчжоу и Фуданьского университета в Шанхае представила в журнале Science Advances необычную разработку — роботизированный манипулятор, напоминающий по конструкции человеческую руку, и пульт управления в форме джойстика. Оба устройства созданы из свиного желатина и растительной целлюлозы. В отличие от традиционных машин эти механизмы спокойно разлагаются в обычном садовом компосте всего за несколько недель.
И это не такая уж и новость. Уже давно существует целое направление, которое черпает вдохновение в пластичности живой природы. Профессор Флориан Хартманн из Института интеллектуальных систем Макса Планка поясняет: классические роботы появились благодаря развитию механической инженерии, а мягкая робототехника родилась на стыке материаловедения и химии. Правда, даже в этой области долгое время использовались синтетические полимеры, которые десятилетиями загрязняют окружающую среду.
История проекта началась со случайного разговора двух друзей. Материаловед Пиндун Вэй, занимавшийся исследованием природных полимеров, давно интересовался умными машинами. Однажды он поделился с другом Чжуаном Чжаном, специалистом по робототехнике, идеей создать собственного робота. "Тогда я подумал — почему бы не использовать соединения, с которыми он работает?" — вспоминает Чжан.
Основой конструкции стали слои целлюлозы, извлеченной из хлопковой пульпы. Это решение привлекло исследователей не только своей экологичностью, но и доступностью, а также простотой обработки. Чтобы придать целлюлозным пленкам необходимую гибкость, в их состав добавили глицерин. После высушивания получился прочный, но податливый материал — именно такой, какой требовался для создания подвижных частей.
Особого внимания заслуживает сенсорная система. Для создания чувствительных элементов конструкторы применили проводящий компонент на основе свиного желатина. Его главная особенность - в способности изменять ионную проводимость при физическом воздействии. При деформации или нажатии электрические параметры чувствительных зон меняются, что позволяет системе управления определять характер и интенсивность контакта.
Плоские пленки с интегрированными сенсорами превратились в объемные конструкции благодаря технике оригами. Используя принципы древнего японского искусства, инженеры сложили материал таким образом, чтобы получить подвижный манипулятор с несколькими степенями свободы. По такому же принципу был создан и компактный джойстик для управления. Трехмерная структура позволила добиться точности движений, сравнимой с традиционными промышленными роботами.
Созданное устройство напоминает по конструкции человеческую руку и способно выполнять множество сложных движений. Благодаря продуманной системе шарниров и расположению датчиков механизм уверенно захватывает различные предметы и точно позиционирует их в пространстве. Компактный контроллер, также собранный по принципу оригами, обеспечивает оператору интуитивный контроль над всеми движениями робота.
Испытания показали надежность биоразлагаемых механизмов. Робот и контроллер сохраняли работоспособность как при активном использовании, так и после недельного простоя. Влажность воздуха и температура в помещении не влияли на их функциональность. Устройства выдерживали многократные циклы работы без потери точности движений и чувствительности сенсоров.
Однако стоило закопать манипулятор и джойстик в землю на глубину 20 сантиметров, как природные процессы взяли свое — спустя восемь недель от механизмов остались лишь едва заметные следы. Естественные почвенные микроорганизмы полностью переработали и целлюлозу, и желатин в безопасный для природы перегной.
Перспективы применения подобных роботов выглядят многообещающе. Например, они могли бы найти применение в ликвидации последствий техногенных катастроф и утилизации промышленных отходов. После выполнения задач в загрязненных зонах роботы просто растворятся в почве, не создавая дополнительной нагрузки на экологию. Миниатюрные биоразлагаемые устройства также способны проводить малоинвазивные хирургические вмешательства, доставлять лекарства в труднодоступные участки организма или временно замещать поврежденные ткани, после чего естественным образом разложиться на молекулы.
Впрочем, до практического применения еще далеко. По словам Хартманна, создание по-настоящему экологичной машины требует разработки биоразлагаемых аналогов всех компонентов. Нужны природные материалы для электроники, проводников, источников питания и аккумуляторов. Только тогда роботы действительно смогут уходить, не оставляя следа, как это делает всё живое в природе.
Массивные стальные конструкции, несокрушимые механические суставы, вечная электроника — привычный образ робота постепенно уходит в прошлое. На смену нержавеющей стали приходят природные материалы, способные раствориться в без следа, подобно опавшим листьям.
Международная группа специалистов из Университета Вэстлейк в Ханчжоу и Фуданьского университета в Шанхае представила в журнале Science Advances необычную разработку — роботизированный манипулятор, напоминающий по конструкции человеческую руку, и пульт управления в форме джойстика. Оба устройства созданы из свиного желатина и растительной целлюлозы. В отличие от традиционных машин эти механизмы спокойно разлагаются в обычном садовом компосте всего за несколько недель.
И это не такая уж и новость. Уже давно существует целое направление, которое черпает вдохновение в пластичности живой природы. Профессор Флориан Хартманн из Института интеллектуальных систем Макса Планка поясняет: классические роботы появились благодаря развитию механической инженерии, а мягкая робототехника родилась на стыке материаловедения и химии. Правда, даже в этой области долгое время использовались синтетические полимеры, которые десятилетиями загрязняют окружающую среду.
История проекта началась со случайного разговора двух друзей. Материаловед Пиндун Вэй, занимавшийся исследованием природных полимеров, давно интересовался умными машинами. Однажды он поделился с другом Чжуаном Чжаном, специалистом по робототехнике, идеей создать собственного робота. "Тогда я подумал — почему бы не использовать соединения, с которыми он работает?" — вспоминает Чжан.
Основой конструкции стали слои целлюлозы, извлеченной из хлопковой пульпы. Это решение привлекло исследователей не только своей экологичностью, но и доступностью, а также простотой обработки. Чтобы придать целлюлозным пленкам необходимую гибкость, в их состав добавили глицерин. После высушивания получился прочный, но податливый материал — именно такой, какой требовался для создания подвижных частей.
Особого внимания заслуживает сенсорная система. Для создания чувствительных элементов конструкторы применили проводящий компонент на основе свиного желатина. Его главная особенность - в способности изменять ионную проводимость при физическом воздействии. При деформации или нажатии электрические параметры чувствительных зон меняются, что позволяет системе управления определять характер и интенсивность контакта.
Плоские пленки с интегрированными сенсорами превратились в объемные конструкции благодаря технике оригами. Используя принципы древнего японского искусства, инженеры сложили материал таким образом, чтобы получить подвижный манипулятор с несколькими степенями свободы. По такому же принципу был создан и компактный джойстик для управления. Трехмерная структура позволила добиться точности движений, сравнимой с традиционными промышленными роботами.
Созданное устройство напоминает по конструкции человеческую руку и способно выполнять множество сложных движений. Благодаря продуманной системе шарниров и расположению датчиков механизм уверенно захватывает различные предметы и точно позиционирует их в пространстве. Компактный контроллер, также собранный по принципу оригами, обеспечивает оператору интуитивный контроль над всеми движениями робота.
Испытания показали надежность биоразлагаемых механизмов. Робот и контроллер сохраняли работоспособность как при активном использовании, так и после недельного простоя. Влажность воздуха и температура в помещении не влияли на их функциональность. Устройства выдерживали многократные циклы работы без потери точности движений и чувствительности сенсоров.
Однако стоило закопать манипулятор и джойстик в землю на глубину 20 сантиметров, как природные процессы взяли свое — спустя восемь недель от механизмов остались лишь едва заметные следы. Естественные почвенные микроорганизмы полностью переработали и целлюлозу, и желатин в безопасный для природы перегной.
Перспективы применения подобных роботов выглядят многообещающе. Например, они могли бы найти применение в ликвидации последствий техногенных катастроф и утилизации промышленных отходов. После выполнения задач в загрязненных зонах роботы просто растворятся в почве, не создавая дополнительной нагрузки на экологию. Миниатюрные биоразлагаемые устройства также способны проводить малоинвазивные хирургические вмешательства, доставлять лекарства в труднодоступные участки организма или временно замещать поврежденные ткани, после чего естественным образом разложиться на молекулы.
Впрочем, до практического применения еще далеко. По словам Хартманна, создание по-настоящему экологичной машины требует разработки биоразлагаемых аналогов всех компонентов. Нужны природные материалы для электроники, проводников, источников питания и аккумуляторов. Только тогда роботы действительно смогут уходить, не оставляя следа, как это делает всё живое в природе.