Вообразите себе миниатюрного робота, чьи размеры не превышают листа бумаги, и который передвигается по водной глади пруда, подобно водомерке. В будущем подобные устройства смогут использоваться для мониторинга загрязнения, сбора образцов воды или проведения обследований затопленных участков, представляющих опасность для человека.
Баосин Сюй – профессор, преподающий машиностроение и аэрокосмическую инженерию в Университете Вирджинии, предлагает новый способ их создания. В исследовании, опубликованном в Science Advances, Сюй представляет HydroSpread — уникальный метод производства, способный оказать существенное влияние на перспективную сферу мягкой робототехники. Данное нововведение даёт возможность учёным создавать плавучие устройства непосредственно на водной поверхности. Технология находит применение в широком спектре отраслей — от медицины до электроники и контроля состояния окружающей среды.
Ранее для создания эластичных материалов, применяемых в мягкой робототехнике, требовались жёсткие подложки, например, стеклянные пластины. После изготовления их необходимо было аккуратно отделить и перенести на водную среду. Этот непростой процесс часто приводил к разрывам плёнок. Технология HydroSpread позволяет избежать этой проблемы, поскольку в качестве «рабочей поверхности» используется сама жидкость. Капли жидкого полимера естественным образом растекаются по поверхности воды, образуя ультратонкие однородные слои. С помощью точно настроенного лазера команда Сюя может вырезать на этих слоях сложные узоры — круги, полосы и даже логотип UVA — с поразительной точностью.
Благодаря данному методу, ученые разработали два прототипа, имитирующих насекомых:
- HydroFlexor перемещается по поверхности, совершая движения, похожие на взмахи плавников.
- HydroBuckler «он продвигается вперёд, сгибая ноги, подобно водомеркам.
В лабораторных условиях исследователи использовали инфракрасный обогреватель для активации этих устройств. Нагрев плёнок вызывал изгиб или деформацию их многослойной структуры, приводя к движениям, напоминающим греблю или ходьбу. Регулируя включение и выключение обогрева, ученые контролировали скорость роботов и даже заставляли их поворачиваться, что подтверждает возможность управляемого и повторяющегося движения. В дальнейшем планируется разработка версий, реагирующих на солнечный свет, магнитные поля или миниатюрные встроенные обогреватели, что позволит создать автономных мягких роботов, способных к самостоятельному движению и адаптации.
«По словам Сюя, непосредственное формирование плёнки на жидкости обеспечивает исключительный уровень интеграции и точности. Вместо создания устройства на твёрдой основе с последующим переносом, технология позволяет жидкости выполнять эту функцию, создавая идеально ровную поверхность и минимизируя вероятность ошибок на всех этапах».
Потенциал данной технологии не ограничивается применением в мягкой робототехнике. Она позволяет упростить процесс изготовления тонких плёнок, исключая их повреждение HydroSpread откроет возможности для создания носимых медицинских датчиков, гибкой электроники и мониторов окружающей среды — инструментов, которые должны быть тонкими, мягкими и прочными в условиях, где традиционные материалы не подходят.
[Фото: Baoxing Xu, Школа инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии ]