Ovládejte Podvodní Roboty Světlem

Robot, který se může volně pohybovat pod vodou, není snadné vyrobit. Tým vědců z Institutu Maxe Plancka pro inteligentní systémy a University of Tampere ve Finsku nyní uspěl v tom, že použil materiál, který nebyl nikdy použit při konstrukci měkkých robotů: Snail-o-Bot je vyroben z materiálů citlivých na světlo Gely z tekutých krystalů (LCG).

Vodní hlemýždi jako vzor

Většina známých měkkých materiálů se obtížně deformuje a účinně pracuje pod vodou. Při hledání vhodného materiálu byli vědci inspirováni přírodou: „Zkoumali jsme různá zvířata, která se mohou snadno pohybovat ve vodě,“vysvětluje Hamed Shahsavan, postdoktorandský student na Katedře fyzikální inteligence.

"Zvířata, která se v kapalině pohybují velmi dobře, jsou zvířata, která mají velmi měkké a gelové tělo." Naše hrdinka byla španělská tanečnice, která se mohla pohybovat po mořském dně a volně plavat. Inspirovali nás však i jiná měkká zvířata bezobratlých, jako jsou šneci. “

Robot se plazí, běží, skoky a plave pod světlem

Gelové tělo jako hlavní požadavek - brzy byly LCG schváleny jako stavební materiál, protože mají několik výhod. Nejprve reagují na světlo. To znamená, že Snail-o-Bot lze pohybovat na palubě bez pohonů, senzorů a ovládacích prvků. I s malou energií může robot provádět různé druhy pohybu.

Druhou výhodou je, že uspořádáním molekul gelu do určitého vzoru může celková konstrukce změnit svůj tvar pouze o několik milimetrů, když světlo osvětlí určité části robota. V důsledku tohoto cíleného zarovnání molekul gelu vědci hovoří o „programovatelných změnách tvaru“.

Jakmile je na světlo citlivý, ochablý, gumovitý materiál vystaven světlu, může provádět rychlé a reverzibilní změny tvaru: může procházet, běhat, skákat a plavat. Důvodem je, že LCG snižují jejich hustotu při vystavení světlu o 7 až 8 procent. Se světlem se jednotlivé LCG stávají lehčími a vznášejí se vzhůru. Robot je ovládán fototermálně vztlakem osvětlených částí a zapínáním a vypínáním světla v určitých intervalech.

Měkké roboty pro medicínu

Výhoda malého robota: Má nízkou energetickou náročnost (podle vědců 20 až 30krát méně energie než gelové konstrukce) a změna tvaru může být díky molekulární orientaci předprogramována. Shahsavan vysvětluje: „Představujeme řešení pro kontrolu a pohyb měkkých materiálů pod vodou rychle, efektivně a kontrolovaným způsobem. Doufáme, že inspirujeme další robotiku, která se stejně jako my pokouší navrhnout bezdrátové a měkké roboty, které se mohou volně pohybovat v tekutině “.

Měkké roboty jsou zvláště žádané v minimálně invazivní medicíně a biotechnologii založené na robotech. Jednoho dne by zde mohl být také použit hlemýžď. Ale vědci se musí ještě dále rozvíjet: „V budoucnu se pokusíme tento materiál provozovat s jinými zdroji energie než světlem, protože světlo zvenčí nemůže proniknout lidským tělem. Doufáme, že jednoho dne budeme moci použít náš aby byla měkká konstrukce tak malá, že ji můžeme pohybovat a ovládat tělem s blízkým infračerveným světlem, akustickými vlnami, elektrickými nebo magnetickými poli."

Vědci zveřejnili svou práci „Bioinspirovaná podvodní lokomoce světlem poháněných gelů z tekutých krystalů“ve sborníku Národní akademie věd PNAS v únoru 2020.