От гидрогеля до свиной кишки: необычные материалы в робототехнике

У каждого робота должен быть блестящий металлический зад — это твердо знают киноманы. Но в реальных роботах металла не так уж и много: с ним соседствуют пластики, композиты и силикон, а порой и совсем нестандартные субстанции.

Материал для любого изделия выбирают по его будущим функциям. Робототехника сегодня приходит во все сферы жизни человека, поэтому задачи у роботов могут быть самыми разными, а материалы — нестандартными. Мы нашли примеры роботов из необычных материалов и попытались понять, что же двигало их разработчиками.

Мех и вязальные нитки: мягкие роботы-компаньоны

О пет-терапии (она же — зоотерапия и анимал-терапии) написано немало ^[1]. Врачи подтверждают, что общение с питомцем благотворно влияет на людей с ДЦП, синдромом Дауна, депрессией и неврозами. Но завести домашнее животное может не каждый: мешают аллергия или состояние здоровья, при котором уход за питомцем в тягость.

Роботы-компаньоны — способ решить проблему. Они облегчают одиночество и дарят приятные тактильные ощущения; при этом их не надо кормить и выводить на прогулку.

Одна из таких разработок — робот-медиакомпаньон Blossom от ученых из Корнелльского университета и команды Google ZOO, созданный в 2017 году. В основе этого небольшого робота мягкий каркас из силикона и резиновых лент; сверху надевается вязаный чехол и прикрепляются деревянные ушки. У Blossom нет лица или дисплея, поэтому эмоции он выражает только движениями тела и ушей. Робот умеет просматривать вместе с хозяином ролики на Youtube и сопереживать увиденному: пританцовывать или грустно опускать уши и голову. Сейчас его реакции основаны на подписях к видео, но в будущем разработчики планируют встроить в него компьютерное зрение и слух, чтобы он распознавал эмоции в видео и песнях в реальном времени. Ушастый робот может быть не только компаньоном, но и помощником в социализации детей с аутизмом: с его помощью они будут понимать эмоциональную нагрузку того, что смотрят.

Оболочка для Blossom вяжется вручную крючком из натуральных шерстяных ниток, чтобы сделать его более «милым» и «домашним». К тому же каждый владелец сможет сам кастомизировать робота, связав или сшив новые детали.

Японская компания Yukai Engineering в том же году представила ^[2] робота, скопированного с домашнего питомца: Qoobo. У него круглое мягкое тельце, обшитое искусственным мехом, и подвижный хвост, которым, по замыслу разработчиков, он выражает эмоции. Его главная функция — антистресс. Просто гладь волосатую подушку, бро.

Силикон и гидрогель: роботы для военных и исследователей

Мягкие материалы используют не только для того, чтобы сделать роботов приятными на ощупь, но и чтобы научить их проходить в небольшие проемы, двигаться в воде и сливаться с местностью.

Много надежд в роботехнике сегодня связано с гидрогелем. Он остается твердым, имея в составе до 70% воды, и, что важно для производства роботов, меняет форму, попадая в электрические поля.

В Ратгерском университете (государственный исследовательский университет США, крупнейший вуз в штате Нью-Джерси) ученые превратили ^[3] в гидрогель светочувствительный раствор. Из полученного вещества напечатали фигурки, напоминающие человечков и насекомых, и поместили их в соленую воду. Когда через воду пропускали свет или ток, гелевые объекты двигались. Некоторые фигурки могли захватывать и перемещать грузы, а человечки «шагали» благодаря тому, что отдельные участки их корпуса сокращались. Как говорят ученые, маленький шаг для человечка — это гигантский шаг для человечества: в будущем на базе гидрогеля, возможно, создадут искусственные мышцы и реалистичных морских обитателей для исследования глубин. Эксперимент прошел весной 2018 года.

В Гарвардском университете двумя годами раньше собрали ^[4] действующий прототип робота, в конструкции которого нет ни одной жесткой детали. Он напоминает осьминога. Корпус сделан из силикона с помощью 3D-печати и мягкой литографии, а двигается робот благодаря химической реакции: внутри его туловища перекись водорода разлагается с выделением газа, который попадает в камеры и приводит в движение конечности.

В Массачусетском технологическом институте (MIT) предложили компромисс: робота, который может быть и мягким, и жестким поочередно. Он сделан из модифицированного воска, пронизанного тонкими проводами; их нагревают при помощи электричества, и воск в этом месте становится гибким. Проект реализован вместе с Boston Dynamics для программы DARPA по созданию «химических роботов». Первые публикации датированы 2014 годом. В дальнейшем ученые планируют экспериментировать с материалом, заменив хрупкий воск на более пластичный припой. Военный робот из металла, который может быть твердым или жидким… Где-то мы уже это видели, не правда ли?

Кукуруза, мухи и свиной кишечник: эксперименты с органикой

Органические материалы дешевые, экологичные и быстро возобновляемые. Поэтому робототехники не устают их исследовать. Так, в Корнеллском университете в 2018 году создали ^[5] робота, который движется благодаря попкорну. В основе конструкции — принцип расширения нагретых зерен: ученые нанизали их на проволоку, которая нагревается под действием тока. Кукуруза превращается в попкорн, а робот сжимает захват или поднимает груз. В ходе эксперимента робот, состоящий из 36 зерен, смог поднять груз массой 100 граммов.

Робот EcoBot II ^[6] довольствуется еще более дешевым сырьем: глюкозой, которую он добывает из насекомых. Разработчики, ученые Университета Западной Англии (г. Бристоль), поместили внутрь робота топливные ячейки с бактериями, которые перерабатывают белок в сахар. Пока мух в робота помещают вручную, но в будущем ученые планируют оснастить его ловушками-приманками. Когда робот-мухолов сможет питаться сам, он будет работать как автономный центр сбора данных: например, передавать температуру и влажность в исследуемой зоне. Новая модель пока не представлена публике, хотя первый прототип был собран еще в 2004 году.

Но на самый экзотичный материал для робота претендуют ученые из MIT. Они создали ^[7] миниатюрного робота-оригами из стенки свиного кишечника, который способен двигаться в желудке и пищеводе человека. Как комментируют ученые, он может извлекать инородные тела из пищеварительного тракта, закрывать раны или точечно доставлять лекарство. В желудок он попадает в растворимой капсуле, а движется благодаря сильному магнитному полю. Первые успешные испытания прошли в 2016 году.

Робот из мягкой игрушки… и вообще из чего угодно

Как превратить в робота любую мягкую игрушку или куклу? Ответ нашли исследователи из Йельского университета: буквально на днях они представили миру робокожу. Ее можно закрепить на любом предмете, и тот станет управляемым роботом.

На эластичной основе расположены датчики и актуаторы. Кожа программируется на разные действия. А если в вашем распоряжении несколько слоев, то можно создать многофункционального робота: например, такого, который передвигается и захватывает предметы.

Больше интересного — на robo-hunter.com ^[8]:

• По улицам Пекина разъезжает робот-трансформер ^[9]
• Электронный имплантат помог парализованным пациентам снова пойти ^[10]
• Набор текста по щелчку пальцев и бинарный будильник: обзор Arduino-проектов ^[11]
• Китайцы показали подвижного 3D-печатного секс-робота ^[12]

Robohunter в Telegram ^[13]

Автор: Elena-Andreeva

Источник ^[14]