Магнитни роботи ходят, пълзят и плуват с лекота

Учени от Масачузетския технологичен институт постигнаха важен пробив в роботиката, като създадоха малки роботи с меко тяло, които могат да се управляват с помощта на просто магнитно поле. Тези забележителни роботи, конструирани от гъвкави магнитни спирали, имат способността да ходят, пълзят и дори плуват – всичко това в отговор на лесно приложима магнитна сила.

„Това е първият път, в който това се прави, за да можем да контролираме триизмерното движение на роботи с едноизмерно магнитно поле“, изрази вълнението си професор Полина Аникеева, ръководеща екипа от изследователи зад това иновативно творение

Освен това тя подчерта значението на състава на роботите, който се състои основно от меки полимери. Поради тяхната мека конструкция е необходимо само минимално магнитно поле за активиране на тези роботи. Магнитното поле, необходимо за тяхното движение, е забележително малко.

Невероятните характеристики на тези роботи ги правят много подходящи за задачи в затворени пространства. Техните гумени тела осигуряват нежно докосване, което ги прави идеални за транспортиране на деликатен товар в крехка среда.

Освен това тази технология има огромен потенциал за биомедицински приложения. Роботите, които в момента са проектирани да бъдат дълги само няколко милиметра, могат да бъдат намалени още повече, отваряйки възможности за бъдещо развитие на по-малки роботи.

Досега магнитните роботи разчитаха на движещи се магнитни полета, за да се задвижат. Въпреки това Аникеева и нейният екип се опитаха да преодолеят това ограничение.

„Ако искате вашият робот да ходи, вашият магнит върви с него. Ако искате той да се върти, трябва да въртите своя магнит“, обяснява тя.

Това ограничи диапазона от среди, в които тези роботи могат да бъдат разположени.

„Ако се опитвате да работите в затворена среда, движещ се магнит може да не е най-безопасното решение. Искате да имате неподвижен инструмент, който просто прилага магнитно поле към цялата проба“, добави тя.

Предизвикателства с магнитните роботи

Справяйки се с това предизвикателство, Йънгбин Лий, бивш студент в лабораторията на Аникеева, измисли решение. Разработените от него роботи притежават неравномерна повърхност, която е магнитна в различни зони и посоки. Това позволява на едно магнитно поле да генерира специфичен профил на магнитни сили, което пък позволява желаното движение на роботите.

Лий започва с комбинирането на два вида каучук с различни нива на твърдост. След това тези слоеве се нагряват и разтягат в дълги и тънки влакна. Поради различните свойства на всяка гума, единият слой запазва еластичността си по време на процеса на разтягане, докато другият се деформира и губи способността си да се върне в първоначалната си форма. Следователно, когато напрежението бъде освободено, свиващият се слой издърпва цялото влакно в стегнат възел, наподобяващ усукани корени на растение.

След формирането на спиралната форма се въвежда специфичен модел за магнити, позволяващ на роботите да бъдат програмирани за предвиденото им движение.

Например, за да се създаде пълзящ робот, наподобяващ гъсеница, спираловидното влакно е оформено с леки вълни. След това тялото, главата и опашката на робота стават магнитни, причинявайки компресия, когато се приложи магнитно поле, перпендикулярно на движението на робота.

Компресията се освобождава при намаляване на магнитното поле до нула, което води до разтягащи движения, задвижващи робота напред. В друг случай, две спираловидни влакна, подобни на крак, свързани със става, са магнетизирани в модел, който имитира ходене.

Този прецизен процес на магнетизиране генерира програма за всеки робот и осигурява лесен контрол, след като роботите са произведени. Освен това, едно магнитно поле може дори да задвижи множество роботи, движещи се в противоположни посоки, ако е програмирано по съответния начин. Екипът откри интересен ефект, при който обръщането на посоката на магнитното поле може да накара робот, носещ товар, да се разклати, като леко освобождава полезния си товар.

Със способността си да ходят, пълзят и плуват под контрола на слабо магнитно поле, тези магнитни роботи представляват забележително постижение в роботиката. Тъй като изследванията продължават и се постига по-нататъшен напредък, тези многостранни и адаптивни роботи са готови да променят широк спектър от индустрии – от логистиката до медицината.