Трубчатые роботы скатываются по лестницам, переносят тележки и соревнуются друг с другом

Исследователи разработали мягкого а с 4D-печатью, который самостоятельно собирается при нагревании и может выполнять сложные задачи, такие как катание в гору и перемещение по ухабистому и непредсказуемому ландшафту. Прототип, имеющий форму трубы, появится 22 сентября.nd в журнале Иметь значение.


«Подобно насекомому с усиками, робот может преодолеть небольшое препятствие. Но если препятствие окажется слишком высоким, он повернет назад», — говорит старший автор исследования Вэй Фэн, ученый-материаловед из Тяньцзиньского университета в Китае. «Весь процесс является спонтанным, без человеческого вмешательства или контроля».

Робот начинается с плоского прямоугольного листа жидкокристаллического эластомера, напечатанного на 3D-принтере, типа эластичного пластика. Когда поверхность под ним нагревается, робот самопроизвольно изгибается, образуя трубочку, напоминающую пружину. Изменение формы под воздействием внешней стимуляции добавляет время как четвертое измерение к процессу печати, делая его четырехмерным.

Как только робот формирует трубочку, контакт с горячей поверхностью вызывает напряжение в материале, которое заставляет его катиться в одном направлении. Движущая сила, стоящая за этим движением, настолько велика, что робот может подняться по наклонной 20 ° или даже нести груз, в 40 раз превышающий его собственный вес. Длина робота влияет на его скорость, при этом более длинные роботы движутся быстрее, чем их более короткие собратья.

Исследователи сняли видеоролики, демонстрирующие навыки робота, в том числе гонку между роботами разного размера и другим роботом, несущим тележку. В видеороликах также показано, как его поведение меняется в зависимости от окружающей среды: робот либо поднимается на ступеньку, либо меняет направление при столкновении с непреодолимым препятствием.

Для Фенга поведение робота стало неожиданностью. «Мы переработали жидкокристаллические эластомеры в образцы различной формы с помощью 4D-печати и стимулировали эти образцы светом, теплом и электричеством, чтобы наблюдать их реакцию», — говорит он. «Помимо деформации, мы обнаружили много интересных явлений вождения».

В будущем эти мягкие роботы могут использоваться для работы в небольших замкнутых местах, например в трубе, или в экстремальных условиях, например, 200? поверхность. «Мы надеемся, что мягкие роботы больше не будут ограничиваться простыми приводами, которые могут изменять форму только в фиксированном положении», — говорит Фенг.

Эта работа была поддержана Государственной ключевой программой Национального фонда естественных наук Китая, Национальной ключевой программой НИОКР Китая и Национальным фондом естественных наук Китая.