Исследователи разработали роботизированные материалы, вдохновленные эмбрионами
Ученые разработали инновационный роботизированный материал, способный изменять свою форму и состояния, подобно живым организмам. Вдохновленные эмбрионами, эти дисковидные роботы используют магниты, двигатели и свет для перехода между жестким и жидким состояниями. Результат — самовосстанавливающаяся и адаптивная система, которая может изменить подход к строительству и взаимодействию с материалами.
Исследователи нашли способ, как роботы могут вести себя как материалы. В лаборатории профессора машиностроения Эллиота Хоукса в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре создали коллектив из автономных дисковидных роботов, которые могут собираться в различные формы с разной прочностью. Одной из ключевых задач было создать материал, который мог бы быть одновременно жестким и прочным, а также перетекать в новые конфигурации. Ранее роботы, связанные в коллектив, не могли легко перестраиваться, но теперь это изменилось.
Исследователи черпали вдохновение в процессе формирования эмбрионов в природе. Живые эмбриональные ткани обладают способностью самостоятельно формироваться, самовосстанавливаться и контролировать прочность своего материала. В лаборатории Отгера Кампаса было обнаружено, что эмбрионы могут временно размягчаться для придания им окончательной формы. Исследователи сосредоточились на трех биологических процессах, лежащих в основе этих переходов жесткости: активных силах, биохимической сигнализации и способности клеток прилипать друг к другу.
В мире роботов эквивалент клеточной адгезии достигается с помощью магнитов, встроенных в периметр роботизированных блоков. Дополнительные силы между клетками кодируются в тангенциальные силы между роботизированными блоками, обеспечиваемые восемью моторизованными шестернями. Модуляция этих сил позволяет роботам изменять форму. Биохимическая сигнализация в роботах достигается с помощью световых датчиков с поляризованными фильтрами, которые сообщают роботам, в каком направлении вращать свои шестеренки.
Исследователи смогли настроить и контролировать группу роботов, чтобы они действовали как умный материал. Секции группы включали динамические силы между роботами и разжижали коллектив, в то время как в других секциях роботы просто держались друг за друга, создавая жесткий материал. Модуляция этих поведений позволила создать роботизированные материалы, которые выдерживают большие нагрузки, но также могут изменять форму, манипулировать объектами и даже самовосстанавливаться.
В дополнение к приложениям за пределами робототехники, такие как изучение активной материи в физике или коллективного поведения в биологии, сочетание этих роботизированных ансамблей со стратегиями машинного обучения может дать замечательные возможности в роботизированных материалах, воплощая научно-фантастическую мечту в реальность.
Уточнения
Калифорнийский университет или Университет Калифорнии, UC — объединение 10 публичных калифорнийских университетов. Старейшим и самым престижным в системе Калифорнийского университета является Калифорнийский университет в Беркли, основанный в 1868 году.