Сантиметровый робот, вес которого на 90% состоит из воды, перемещается без сложного оборудования, гидравлики или электричества. Вместо этого он активируется светом и движется в направлении внешнего вращающегося магнитного поля.

Напоминающий четвероногого осьминога, робот функционирует внутри резервуара, наполненного водой. Это делает его идеальным для использования в водной среде.

«Обычные роботы — это, как правило, тяжелые машины с большим количеством оборудования и электроники, которые не могут безопасно взаимодействовать с мягкими структурами, включая людей, — объясняет Сэмюэл И. Ступп, руководивший экспериментальным исследованием. — Мы разработали мягкие материалы с молекулярным интеллектом, чтобы они могли вести себя как роботы любого размера и выполнять полезные функции в крошечных пространствах, под водой или под землей».

«Комбинируя ходьбу и рулевое движение вместе, мы можем запрограммировать определенные последовательности магнитных полей, которые удаленно управляют роботом и направляют его по траекториям на плоских или наклонных поверхностях, — добавила Моника Ольвера де ла Крус, руководившая теоретической работой в исследовании. — Эта программируемая функция позволяет направлять робота через узкие проходы со сложными маршрутами».

Новое исследование основано на предыдущей работе Ступпа по созданию «роботизированной мягкой материи», которая имитирует живых морских существ. В предыдущем исследовании, роботизированный материал мог изгибаться в течение нескольких минут и ползать по поверхности, делая один шаг каждые 12 часов. Однако уже сегодня робот двигается со скоростью человека — примерно один шаг в секунду — и реагирует на магнитные поля. Они заставляют эти материалы следовать определенным траекториям.

Объединив реакции на свет и магнитные поля, исследователи разработали робота, который также может поднимать груз и доставлять его в пункт назначения пешком или катаясь. Затем он сбрасывает груз в новом месте, либо изменяя его форму, позволяя плавным грузам мягко соскользнуть с робота, либо выполняя вращающийся «брейк-данс», чтобы сместить и высвободить более липкие объекты.

Изгиб гибридного гидрогеля светом привел к созданию шагающего робота. Авторы и права: Li et al., Sci. Robot. 6, eabb9822 (2020)

Секрет точного движения и маневренности робота заключается в его заполненной водой структуре и встроенном каркасе из выровненных ферромагнитных никелевых нитей. Мягкий компонент представляет собой сеть, построенную на молекулярном уровне, с частями, которые позволяют ему реагировать на свет, удерживать или вытеснять воду внутри. Они также обладают необходимой жесткостью, чтобы быстро реагировать на магнитные поля.

Команда Северо-Западного Университета использовала химический синтез, чтобы запрограммировать молекулы внутри гидрогеля на реакцию на свет. Под воздействием света молекулы робота становятся гидрофобными. Это заставляет робота «оживать», наклоняясь из плоского положения в «стоячее». Исследователи обнаружили, что этот изгиб позволяет материалу быстро реагировать на вращающиеся магнитные поля, активируя его способность быстро ходить. Когда свет выключается, молекулы возвращаются в исходное состояние, и робот становится плоским. Но он готов в любой момент к новому циклу активности под магнитным полем, когда на него указывает светодиод.

Ступп и Ольвера де ла Крус уверены, что эти их разработка в будущем пригодится в качестве интеллектуальных биоматериалов для высокоразвитой медицины.