Исследователи разработали самовосстанавливающуюся искусственную мышцу для использования в мягкой робототехнике и носимых системах. Она имитирует способность животных и растений обнаруживать и самовосстанавливать повреждения. Это революционное достижение инженерной команды Университета Небраски-Линкольна, как утверждается, решает давнюю проблему синтетических систем.
Обнаружение повреждений и самовосстановление, безусловно, являются важными характеристиками органических форм жизни, но представляют собой сложную задачу для производителей робототехники. Поэтому исследователи пошли по проверенному и надежному пути биомимикрии. Объясняется, что ключевой разработкой является система, которая может идентифицировать повреждения от прокола или чрезмерного давления, точно определить их местоположение и самостоятельно инициировать самовосстановление.
Для этой цели на недавней Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации в Атланте, штат Джорджия, была представлена многослойная архитектура. Мышца, или привод, состоит из трех слоев. Внизу находится слой обнаружения повреждений, который представляет собой мягкую электронную кожу, состоящую из микрокапель жидкого металла, в данном случае встроенных в силиконовый эластомер. Далее в качестве среднего слоя используется жесткий термопластичный эластомер, который действует как самовосстанавливающийся компонент. Сверху находится приводной слой, который сжимается и расширяется в зависимости от изменения давления воды.
Для создания механизма самовосстановления, функционирующего без внешнего вмешательства, также требуется ряд контрольных токов, которые протекают по сети через «кожу» этой конструкции. Таким образом, повреждение может быть обнаружено как нарушение в электрической сети. Гениально то, что это запускает ту же сеть, которая доставляет тепло в области повреждения, плавя термопластичный слой, чтобы запечатать разрывы. По словам исследователей, это «эффективно самовосстанавливает рану».
Что делать, если в той же области возникнут дальнейшие повреждения? Ученые подумали об этом и разработали шаг, который сбрасывает электрическую сеть слоя кожи. Техника сброса использует эффект электромиграции, «процесс, при котором электрический ток вызывает миграцию атомов металла», — поясняется в статье. Без этой системы самовосстанавливающаяся система могла бы выполнить только один цикл повреждения и ремонта, поэтому это очень важная инновация.
Поскольку исследователи базируются в Небраске, первым применением этой технологии, о котором они задумались, были сельскохозяйственные роботы, которые повреждаются ветками или шипами. Однако команда также видит возможности для использования этой технологии в носимых устройствах для мониторинга здоровья и более широких потребительских электронных приложениях.
Оригинал
Уникальность
