Chińscy naukowcy stworzyli mikroroboty potrafiące zmieniać kształt niczym bohaterowie filmów science fiction. Te miniaturowe maszyny mogą chodzić, biegać, skakać, latać, wspinać się, a choćby toczyć się jak koło, dostosowując formę swojego „ciała” do zadania.
Co więcej, po przyjęciu odpowiedniej konfiguracji potrafią zablokować swój kształt, co zwiększa ich stabilność i zdolność działania w różnych warunkach. Dzięki temu stają się niezwykle wszechstronne i mogą poruszać się sprawnie zarówno na lądzie, jak i w powietrzu.
Nowa generacja mikrorobotów
Jednym z zaprezentowanych prototypów jest bezzałogowy (bezprzewodowy) mikrorobot lądowo-powietrzny o długości zaledwie 9 cm i masie 25 g. Jest to w tej chwili najmniejszy i najlżejszy na świecie robot zdolny do pracy w dwóch środowiskach – na ziemi i w powietrzu. Jego konstrukcja powstała z wykorzystaniem podejścia modułowego, inspirowanego klockami LEGO, co pozwoliło łączyć ze sobą elementy niczym „budowanie z klocków”. Nowatorski projekt został opisany na łamach prestiżowego czasopisma Nature Machine Intelligence, podkreślając jego przełomowy charakter w dziedzinie robotyki.
Sekretem zdolności transformacji jest cienkowarstwowy siłownik – elastyczny element wykonawczy pełniący rolę ich „mięśni” i zarazem serca układu. Jest to miniaturowa taśma lub płytka, która pod wpływem sterowania elektrycznego może wyginać się i zmieniać swoją długość lub kształt. Zespół z Tsinghua opracował nowy rodzaj takiego aktuatora (przekształca energię wejściową na ruch mechaniczny) o rozmiarach zaledwie kilku milimetrów.
Mikroroboty zmieniające kształty / Źródło: Nature Machine IntelligenceMimo mikroskopijnych wymiarów cechuje się on wyjątkowo dużą deformowalnością. Co kluczowe, potrafi płynnie przekształcać się w dowolny kształt i następnie ten kształt utrzymać (zablokować). Wcześniejsze małe siłowniki (poniżej 5 cm) nie potrafiły jednocześnie zapewnić tych dwóch cech. Ten ograniczony zakres możliwości dotychczas hamował rozwój miniaturowych robotów o wielu trybach ruchu.
Technologia cienkowarstwowych siłowników
Działa on jak elastyczny egzoszkielet dla robota – stanowi strukturę, która może się odkształcać, a jednocześnie wspierać inne komponenty. Pozwala to doczepić do mikrorobota różne elementy funkcjonalne, takie jak czujniki czy maleńkie silniki. Dzięki temu choćby tak mała maszyna może zostać wyposażona we wszystko, co potrzebne do skomplikowanych zadań. Sterowanie siłownikiem odbywa się bezprzewodowo. Robot nie wymaga połączeń kablowych z zewnętrznym zasilaniem czy komputerem, co czyni go w pełni autonomicznym w terenie. Zasilanie i kontrola mieszczą się na pokładzie, więc może on działać swobodnie, reagując na polecenia operatora lub zaprogramowane bodźce.
Mikrorobot na kółkach / Źródło: Tsinghua UniversityDzięki opisywanej zdolności maszyna może przybierać formy optymalne do wykonania konkretnych ruchów. Zwijając się w okrąg, może gwałtownie toczyć się po podłożu, a rozprostowując i uruchamiając śmigła, wystartować do lotu niczym dron. Potrafi też skakać przy zmianie kształtu przypominającej ruch konika polnego, lub spłaszczyć się, by przecisnąć przez wąską szczelinę. Ta wszechstronność przekłada się na imponujące osiągi. Mikrorobot lądowo-powietrzny potrafi poruszać się po ziemi z prędkością do 1,6 m/s (około 5,8 km/h). Przy jego rozmiarach można określić tę prędkość zawrotną.
Równie sprawnie radzi sobie w powietrzu. Jego cztery miniaturowe śmigła zapewniają stabilny lot i manewrowość porównywalną z typowymi dronami, przy czym w każdej chwili może zmienić konfigurację swojej ramy, by dostosować się do warunków (np. silnego wiatru czy nierównego terenu przy lądowaniu). Warto podkreślić, iż ciągła transformacja kształtu odbywa się w czasie rzeczywistym. Może płynnie przechodzić z jednej formy w drugą podczas ruchu. Następnie, gdy już osiągnie potrzebną postać, mechanizm blokujący utrwala tę konfigurację.
Dzięki temu mikrorobot jest znacznie bardziej odporny na czynniki zewnętrzne. Jest w stanie wykonywać zadania, które wcześniej były niemożliwe dla urządzeń o podobnych rozmiarach. Naukowcy zaznaczają, iż zdolność natychmiastowej adaptacji do środowiska i zadania to klucz do przyszłości robotyki, gdyż daje to możliwość działania tam, gdzie konwencjonalne sztywne roboty sobie nie poradzą.
Siłownik transformatora / Źródło: Tsinghua UniversityZastosowania w przyszłości
Eksperci przewidują, iż takie transformujące się maszyny mogą znaleźć użycie w bardzo wielu branżach – od rozrywki po naukę. Już teraz zespół badawczy sugeruje potencjalne wykorzystanie ich w diagnostyce urządzeń i naprawach trudno dostępnych mechanizmów, a także w eksploracji trudno dostępnych miejsc, np. podczas badań geologicznych pod ziemią czy inspekcji zabytkowych struktur. Mogłyby służyć także jako zaawansowane zabawki edukacyjne – wyobraźmy sobie robotyczne klocki lub figurki dla dzieci, które naprawdę zmieniają kształty i wykonują polecenia niczym bohaterowie filmów.
W przypadku biologii te maleńkie roboty mogą działać jako mobilne sensory lub narzędzia badawcze, np. do obserwacji zwierząt w ich naturalnym środowisku albo precyzyjnych manipulacji w laboratorium. Istnieją także perspektywy w medycynie – dzięki rozmiarom i bezprzewodowemu sterowaniu mogłyby pewnego dnia penetrować ciało pacjenta, dostarczając leki lub wykonując minimalnie inwazyjne zabiegi niczym mikroskopijni chirurdzy.
Źródło: nature.com , tsinghua.com
