Американские исследователи создали ползающего робота на основе гидрогеля, способного к направленному контролируемому движению. Он передвигается за счет контактных сил — похожим образом ползают дождевые черви. Ученые смогли менять направление и скорость его движения, манипулируя компонентами конструкции, благодаря свойствам гидрогеля реагировать на тепловое воздействие. Робот состоит из двухслойных полимеров, соединенных линкером, не требуют проводки, электрики или источников питания, и может быть полезен в биомедицине и микрофлюидике.

Статья опубликована в Science Robotics.

Пневматические, гидравлические и электрические приводы давно используются в мягкой робототехнике для приведения механизмов в движение. Например, ученые оснастили пневматическими мембранными актуаторами роборуку и использовали гидравлический привод для создания подвижного прозрачного робота, а корейские инженеры сделали мягкий актуатор, который основан на электроосмосе. В то же время мягкие роботы прочно заняли свое место в биомедицине. Например, в хирургии и эндоскопии они могут действовать внутри человеческого тела, адресно доставляя лекарства, а в сфере реабилитации и заживления ран — не только непосредственно контактировать с живыми тканями, но и служить заменой органов и мышц.

Однако для применения в сфере, так тесно связанной с человеком, либо там, где пространства для их деятельности сильно ограничены, необходимы роботы, не требующие проводки, электрики или источников питания. В связи с этим наибольшей сложностью остается способ актуации, то есть метод, с помощью которого робот или его отдельные части приводятся в движение.

Разработчики мягких роботов часто используют гидрогели — податливые полимерные материалы, поглощающие воду. Они могут реагировать на стимулы окружающей среды, биосовместимы и способны адаптироваться к сложным и динамичным средам — все это делает их подходящими для физического взаимодействия с хрупкими объектами или живыми организмами.

Для создания таких технологий исследователи вдохновляются биологическими системами, имитируя их двигательные системы. Они заставили роботов ползать в ответ на стимуляцию светом и разработали гидрогелевых гусениц, которые реагировали на изменения магнитного поля. Однако для их движения требовалась подложка, в первом случае — из поливинилхлорида, во втором — из узорчатого стекла. Это условие сильно ограничивает их применимость, например, во взаимодействии человек-робот.

Команда исследователей из Университета Джона Хопкинса под руководством Айшварии Пантулы (Aishwarya Pantula) предложила решить эту проблему за счет конструкции самого робота.