Ученые создали роботов, которые ходят по воде

Механизм хождения робота-«водяного паука» HydroBuckler, приводимый в движение «ногами». Фото: Baoxing Xu, UVA School of Engineering and Applied Science

Представьте крошечного робота размером не больше листа, скользящего по поверхности пруда, как водомерка. Однажды такие устройства смогут отслеживать загрязнения, собирать пробы воды или исследовать затопленные районы, слишком опасные для людей.

Баосин Сюй, профессор машиностроения и аэрокосмической техники в Школе инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии, разработал новый способ их создания. В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, команда Сюя представила HydroSpread — первый в своем роде метод производства, который может серьезно повлиять на растущую область мягкой робототехники. Эта инновация позволяет ученым создавать мягкие плавающие устройства непосредственно на воде — технология, которая может найти применение в здравоохранении, электронике и экологическом мониторинге.

До сих пор тонкие гибкие пленки, используемые в мягкой робототехнике, приходилось изготавливать на жестких поверхностях, таких как стекло, а затем снимать и переносить на воду — деликатный процесс, который часто приводил к разрывам пленок. HydroSpread решает эту проблему, позволяя самой жидкости служить «верстаком». Капли жидкого полимера естественным образом растекаются по поверхности воды в ультратонкие равномерные листы. С помощью точно настроенного лазера команда Сюя может затем вырезать на этих листах сложные узоры — круги, полосы и даже логотип UVA — с замечательной точностью.

Используя этот подход, исследователи построили два прототипа, похожих на насекомых:

• HydroFlexor, который перемещается по поверхности, используя движения, похожие на плавники.
• HydroBuckler, который «ходит» вперед с помощью сгибающихся ног, вдохновленный водомерками.

В лаборатории команда приводила эти устройства в действие с помощью потолочного инфракрасного нагревателя. При нагреве пленки их многослойная структура изгибалась или деформировалась, создавая гребные или шагающие движения. Циклически включая и выключая нагрев, устройства могли регулировать скорость и даже поворачивать — доказательство того, что контролируемое, повторяемое движение возможно. Будущие версии могут быть спроектированы так, чтобы реагировать на солнечный свет, магнитные поля или крошечные встроенные нагреватели, открывая путь к автономным мягким роботам, которые могут двигаться и адаптироваться самостоятельно.

«Изготовление пленки непосредственно на жидкости дает нам беспрецедентный уровень интеграции и точности, — сказал Сюй. — Вместо того чтобы строить на жесткой поверхности, а затем переносить устройство, мы позволяем жидкости выполнять работу, обеспечивая идеально гладкую платформу и снижая вероятность неудачи на каждом этапе».

Потенциал технологии выходит за рамки мягкой робототехники. Упрощая создание деликатных пленок без их повреждения, HydroSpread может открыть новые возможности для создания носимых медицинских датчиков, гибкой электроники и экологических мониторов — инструментов, которые должны быть тонкими, мягкими и долговечными в условиях, где традиционные жесткие материалы не работают.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом и 4-VA и проводилось в рамках факультета машиностроения и аэрокосмической техники UVA. Аспиранты и студенты в группе Сюя сыграли центральную роль в экспериментах, получив практический опыт работы с передовыми методами производства и робототехники.