Группа ученых из Йельского университета разработала новую «роботизированную ткань», которая может изменять свою форму и жесткость по требованию или путем ощущения окружающей среды. Прорыв, который может привести к многим инновациям. Когда-нибудь из этого материала можно будет изготовить высокотехнологичную адаптивную одежду, саморазвертывающиеся укрытия и палатки, парашюты для роботов, или легкие машины с изменениями формы.
Чтобы придать ткани широкий диапазон возможностей, команда создала волокна с разными свойствами и вплела их в повседневные ткани. Первое волокно представляет собой эпоксидную смолу, полную частиц сплава, называемого металлом Филда, который плавится при относительно низкой температуре 62°C. Это означает, что ее можно осторожно нагреть, чтобы сделать ткань мягкой и податливой, а затем охладить до комнатной температуры, чтобы зафиксировать ее в определенной форме.
«Наш металло-эпоксидный композит может стать таким же гибким, как латексная резина, или жестким, как твердый акрил, то есть стать более чем в 1000 раз более жестким, просто при нагревании его или охлаждении», - говорит Тревор Бакнер, ведущий автор исследования. «Длинные волокна этого материала можно пришить к ткани, чтобы придать ей поддерживающий каркас (скелетон), который мы можем включать и выключать».
Вид сверху вниз на роботизированную ткань со встроенным приведением в действие, переменной жесткостью и чувствительными волокнами. Ткань сохраняет при этом все качества, которые делают ткань такой полезной - гибкость, воздухопроницаемость, компактность при хранении и малый вес. Робот из ткани, который может вставать, становиться жестче, чтобы выдерживать нагрузки, и размягчается, чтобы изменить форму или вернуться в плоское состояние. Фото: Rebecca Kramer-Bottiglio / Yale University
Используя эту технику, команда смогла сделать свой умный материал несущим, выдерживающим груз весом 50 г, который обычно расплющивал бы ткань. Команда также применила проводящие чернила на основе нетоксичной эмульсии Пикеринга, которые можно наносить на ткань, создав датчики, которые могут обнаруживать изменения в окружающей среде и позволять материалу реагировать соответствующим образом.
«Электропроводящий композит самокоагулируется вокруг отдельных волокон и практически не меняет пористость ткани», - говорит Ребекка Крамер-Боттиглио, автор исследования. «Датчики видны, но не изменяют текстуру или воздухопроницаемость ткани, что важно для комфорта при ношении одежды».
Исследователи продемонстрировали, как их роботизированная ткань превращается из плоской обычной ткани в стоящую, несущую конструкцию. Новую роботизированную ткань Йельского университета можно «зафиксировать» в определенных формах и заставить выдерживать нагрузки. Фото: Yale University
И, наконец, чтобы заставить материал менять форму и двигаться, команда добавила сплав с эффектом памяти формы. Этот материал можно запрограммировать так, чтобы он «запомнил» конкретную форму, чтобы после ее деформации можно было запустить ее, чтобы сразу вернуться к этой исходной форме. В этом случае исследователи сплющили провода из сплава с эффектом памяти формы в ленты, чтобы они могли вернуть ткани к плоской форме по запросу.
Поскольку проект финансировался Управлением научных исследований Военно-воздушных сил, исследователи предполагают такие приложения, как развертываемые и адаптивные конструкции, одежда с активным сжатием, интеллектуальные грузовые ремни и реконфигурируемые радиочастотные антенны. «Мы считаем, что эту технологию можно использовать для создания самораскрывающихся палаток, роботизированных парашютов и вспомогательной одежды», - говорит Крамер-Боттиглио. «Ткани - повсеместный материал, используемый в широком спектре продуктов, и возможность «роботизировать» некоторые из этих продуктов открывает множество возможностей».
Исследователи также показали носимый роботизированный турникет и небольшой самолет с убираемыми/раскладывающимися тканевыми крыльями.
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и команда демонстрирует роботизированную ткань на видео ниже.
Источник: New Atlas / Tech Xplore / Yale University
