Миниатюрные роботы роятся, текут как вода и собираются в твердое тело
Каждый из разработанных специалистами Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) и Технического университета Дрездена (TU Dresden) роботов имеют цилиндрическую форму и диаметр всего около семи сантиметров. Их изготавливают с помощью 3D-печати из полимолочной кислоты — этот биоразлагаемый материал часто используется в биомедицине. В основании каждого робота находится магнит, благодаря которому элементы притягиваются друг к другу и удерживаются в единой структуре. Магнитное сцепление позволяет сохранять целостность системы даже при значительных нагрузках — система из роботов способна выдерживать вес до 700 ньютонов, что в 500 раз превышает вес одного устройства.
Одной из особенностей новой разработки стала способность роботов формировать устойчивые структуры, которые могут при необходимости менять форму и даже «перетекать» в новое состояние. Такая гибкость вдохновлена механизмами, которые ученые наблюдали в эмбриональных тканях. Как объясняет ведущий автор работы Мэттью Девлин из UCSB, на раннем этапе развития организма его клетки не только сохраняют сцепление друг с другом, но и активно взаимодействуют — толкают, тянут друг друга и адаптируются к окружающему пространству. Исследователи решили воспроизвести это поведение в искусственной системе.
Каждый робот оснащен восемью шестернями, которые создают направленные усилия, имитирующие внутриклеточные силы. Эти механизмы позволяют устройствам двигаться и взаимодействовать друг с другом даже в ограниченном пространстве. При этом направление и величина этих сил могут меняться, благодаря чему весь рой приобретает свойства то жидкости, то твердого тела. В одном из демонстрационных экспериментов исследователь буквально встал на массив из роботов — и они не рассыпались, а равномерно распределили нагрузку, как это сделала бы сплошная поверхность.
Идея разработать «материалоподобную» систему родилась не на пустом месте. Прошлые исследования, которые проводил бывший профессор UCSB Отгер Кампас, ныне возглавляющий кластер Physics of Life в TU Dresden, показали, что ткани эмбрионов способны «переключаться» между твердым и жидким состоянием в процессе формирования органов и структур. Этот принцип лег в основу разработки новых роботов.
Самое удивительное, по словам авторов проекта, — это даже не смена агрегатного состояния структурой, а возможность варьировать ее прочность в реальном времени. Такой контроль над внутренними силами открывает перспективы создания динамически адаптирующихся материалов будущего. В перспективе команда исследователей планирует расширить масштаб системы и применить накопленные знания для изучения фазовых переходов в активных материалах.
Эта работа стала важным шагом к новому поколению робототехнических систем, где границы между машиной и материалом становятся все менее очевидными, а коллективные свойства отдельных устройств открывают путь к созданию искусственных структур, которые ведут себя как живые ткани.
Тем временем ученые разработали BurgerBots — необычного робота, который лепит бургеры.
