Представьте себе крошечного робота размером не больше листа, который скользит по поверхности пруда, как водомерка. Однажды такие устройства смогут отслеживать загрязняющие вещества, брать пробы воды или обследовать затопленные территории, куда людям заходить опасно.
Баосин Сюй, профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете Вирджинии, предлагает новый способ их создания. В исследовании, опубликованном в Science Advances, Сюй представляет HydroSpread — первый в своём роде метод производства, который может оказать значительное влияние на развивающуюся область мягкой робототехники. Это нововведение позволяет учёным создавать плавучие устройства прямо на воде. Технологию можно использовать в самых разных областях — от здравоохранения до электроники и мониторинга окружающей среды.
До сих пор тонкие гибкие плёнки, используемые в мягкой робототехнике, приходилось изготавливать на твёрдых поверхностях, таких как стекло, а затем отделять от них и переносить на воду. Это был деликатный процесс, из-за которого плёнки часто рвались. Технология HydroSpread позволяет избежать этой проблемы, поскольку в качестве «рабочей поверхности» используется сама жидкость. Капли жидкого полимера естественным образом растекаются по поверхности воды, образуя ультратонкие однородные слои. С помощью точно настроенного лазера команда Сюя может вырезать на этих слоях сложные узоры — круги, полосы и даже логотип UVA — с поразительной точностью.
Используя этот подход, исследователи создали два прототипа, похожих на насекомых:
- HydroFlexor перемещается по поверхности, совершая движения, похожие на взмахи плавников.
- HydroBuckler «идёт» вперёд, сгибая ноги, как это делают водомерки.
В лаборатории команда исследователей приводила эти устройства в действие с помощью инфракрасного обогревателя. По мере нагревания плёнок их многослойная структура изгибалась или деформировалась, создавая движения, похожие на греблю или ходьбу. Включая и выключая обогрев, исследователи могли регулировать скорость роботов и даже заставлять их поворачиваться — доказательство того, что контролируемое и повторяющееся движение возможно. Будущие версии могут быть разработаны таким образом, чтобы реагировать на солнечный свет, магнитные поля или крошечные встроенные обогреватели, что откроет путь к созданию автономных мягких роботов, способных двигаться и адаптироваться самостоятельно.
«Изготовление плёнки непосредственно на жидкости обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции и точности, — сказал Сюй. — Вместо того чтобы создавать устройство на жёсткой поверхности, а затем переносить его, мы позволяем жидкости выполнять эту работу, обеспечивая идеально гладкую платформу и снижая вероятность ошибок на каждом этапе».
Потенциал технологии выходит за рамки мягких роботов. Упрощая создание тонких плёнок без их повреждения, технология HydroSpread откроет возможности для создания носимых медицинских датчиков, гибкой электроники и мониторов окружающей среды — инструментов, которые должны быть тонкими, мягкими и прочными в условиях, где традиционные материалы не подходят.
[Фото: Baoxing Xu, UVA School of Engineering and Applied Science]