Учёные создали робота из резинки, который прыгает под инфракрасным светом и не нуждается в перезагрузке

Робот, названный «soft ring jumper», состоит в основном из жидкокристаллического эластомерного шнура, согнутого в форму кольца. Внутри конструкции установлен тонкий V-образный алюминиевый стопор, соединяющий два конца шнура. Когда инфракрасный свет попадает на материал, он сокращается, вызывая скручивание и натяжение шнура. Стопор предотвращает раскручивание и разворачивание. Когда накопленная упругая энергия достигает максимума, алюминиевый стопор резко ударяется о землю, толкая робота вперёд или вверх.

Как работает механизм прыжка

По словам профессора Цзе Иня из NC State, команда использует «кручение для накопления упругой энергии». Благодаря одновременному высвобождению всей накопленной энергии робот «не нуждается в перезагрузке между прыжками. Он перезагружается сам». Это принцип, аналогичный работе детской игрушки — самолётика из бальзового дерева с резинкой.

Управление типом движения через геометрию

Исследователи обнаружили, что характер движения робота можно контролировать, изменяя угол V-образного стопора. Как объясняет первый автор исследования Фанджи Ци: если угол V составляет 120 градусов, робот просто ползёт вперёд. При сокращении угла до 90 градусов робот прыгает вперёд на три длины своего тела. При дальнейшем уменьшении угла до 50 градусов робот совершает вертикальные прыжки на высоту 80 длин своего тела. Таким образом, один геометрический параметр определяет, будет ли робот ползать, прыгать вперёд или прыгать вверх.

Повышение дальности прыжков

Чтобы увеличить расстояние прыжков, команда добавила небольшой груз на противоположную от V-стопора сторону кольца. Как поясняет Ци, это «изменяет центр массы робота и приводит к более мощному и стабильному движению вперёд, подобно тому, как пловец наклоняется вперёд при прыжке со стартовой тумбочки».

Преимущество перед существующими системами

До сих пор повторяющиеся прыжки в автономных мягких роботах были сложной задачей, требующей внешней перезагрузки, сложного управления или пространственно-временной стимуляции. Робот NC State благодаря инфракрасному фототермическому скручиванию может прыгать, приземляться, восстанавливаться и прыгать снова непрерывно, адаптируясь к различной местности, жидким средам и препятствиям — всё это происходит автономно.

Потенциальные применения

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Авторы работы — PhD студенты Цайчжи Чжоу и Хаозе Сан, PhD выпускники Хайтао Цин и Яойе Хун, а также профессор Цзе Инь и постдокторант Фанджи Ци из North Carolina State University. По словам Иня, «на данный момент нет прямых применений для этой работы, но это фундаментальный прорыв, который стоит исследовать для потенциального использования в навигации по окружающей среде, роботике роя и навигации по неструктурированной местности». Исследователи предполагают, что при комбинировании с низкомощными микросенсорами эти роботы могли бы автономно собирать полезные данные на обширных и даже недоступных расстояниях.