Исследователи, финансируемые армией, сделали открытие, как делать материалы, способные к самодвижению, позволяя материалам перемещаться без двигателей и рук.
Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте обнаружили, как создавать материалы, которые щелкаютя как кнопки и восстанавливаются (перезагружают себя), полагаясь только на поток энергии из окружающей среды. Это исследование, опубликованное в журнале Nature Materials и финансируемое армией США, может позволить будущим военным роботам использовать их собственную энергию.
«Эта работа является частью более масштабных междисциплинарных усилий, направленных на понимание биологических и инженерных импульсных систем, которые заложат основы масштабируемых методов генерации сил для механического действия и хранения энергии в структурах и материалах», - сказал д-р Ральф Антенен, начальник отдела Управления армейских исследований, входящего в Командование развития боевых возможностей армии США, ныне известного как DEVCOM, Исследовательская лаборатория армии. «У этой работы будет множество возможных будущих применений в системах привода и движения для армии и Министерства обороны».
Исследователи раскрыли физику во время обычного эксперимента, в ходе которого наблюдали, как высыхает полоска геля. Исследователи заметили, что когда длинная эластичная полоска геля теряет внутреннюю жидкость из-за испарения, полоска перемещается. Большинство движений было медленным, но время от времени они ускорялись.
Исследователи, финансируемые армией, открывают, как создавать материалы, способные к самодвижению, позволяя материалам перемещаться без двигателей и рук. Фото: Yongjim Kim, UMass Amherst
Эти более быстрые движения представляли собой резкую щелкующую нестабильность (как у кнопки), которая продолжала происходить по мере дальнейшего испарения жидкости. Дополнительные исследования показали, что форма материала имеет значение, и что полосы могут возвращаться в исходное положение (перезагружать себя), чтобы продолжить движение.
«Многие растения и животные, особенно маленькие, используют специальные детали, которые действуют как пружины и защелки, чтобы помочь им двигаться очень быстро, намного быстрее, чем животные с одними только мускулами», - сказал д-р Эл Кросби, профессор науки о полимерах и инженериив Колледже естественных наук Университета Массачусетса в Амхерсте. «Такие растения, как мухоловки Венеры, являются хорошими примерами такого рода движений в животном мире, как и кузнечики и муравьи рода Odontomachus с длинными мандибулами, мгновенно закрывающимися как капканы».
Щелкующая нестабильность - это один из способов, которым природа сочетает пружину и защелку, и все чаще используется для создания быстрых движений в небольших роботах и других устройствах, а также в игрушках, таких как резиновые попперы.
Ученые выясняют, как будущие военные роботы смогут использовать только свою собственную энергию. Фото: Yongjim Kim, UMass Amherst
«Тем не менее, большинству этих устройств нужен двигатель или человеческая рука, чтобы двигаться», - сказал Кросби. «Благодаря этому открытию могут появиться различные приложения, для которых не потребуются батареи или двигатели для обеспечения движения».
Ученые выясняют, как именно будущие военные роботы смогут использовать только свою собственную энергию.
Изучив основы физики высыхающих полосок, команда экспериментировала с различными формами, чтобы найти те, которые, скорее всего, будут реагировать ожидаемым образом, и которые будут постоянно двигаться без каких-либо двигателей или рук, сбрасывающих (перезагружающих) их. Команда даже показала, что полосы измененной формы могут выполнять работу, например, самостоятельно подниматься по лестнице.
«Эти уроки демонстрируют, как материалы могут генерировать мощное движение, используя взаимодействие с окружающей средой, например, за счет испарения, и они важны для проектирования новых роботов, особенно небольших размеров, где трудно иметь двигатели, батареи или другие источники энергии», - сказал Кросби.
Источник: Phys.org