Группа ученых под руководством Роба Шеперда, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Инженерного колледжа Корнельского университета (США), создала мягкого робота, способного определять, когда и где он был поврежден, а затем исцелять себя. Для этого исследователи соединили оптические датчики с композитным материалом. Такие устройства могут работать в местах, недоступных для людей, — например, глубоко под водой или в далеком космическом пространстве.

В течение многих лет Лаборатория органической робототехники Шеперда использовала растягиваемые волоконно-оптические датчики для изготовления максимально маневренных и практичных мягких роботов и связанных с ними компонентов — от кожи до носимых технологий.

В волоконно-оптических датчиках свет от светодиода направляется через оптический волновод (закрытый канал для передачи энергии электромагнитных волн – им может быть, например, металлическая трубка), а фотодиод (приёмник оптического излучения, который преобразует свет в электрический заряд) регистрирует изменения интенсивности луча, чтобы определить, когда материал деформируется. Одним из достоинств этой технологии является то, что волноводы по-прежнему в состоянии распространять свет, даже если их проколоть или разрезать.

Эти датчики исследователи объединили с полиуретан-мочевинным эластомером, водородные связи которого способствуют быстрому заживлению, а дисульфидные обмены — прочности. Полученные в результате самовосстанавливающиеся световоды для динамического восприятия (self-healing light guides for dynamic sensing, или SHeaLDS) устойчивы к повреждениям и могут самовосстанавливаться после порезов при комнатной температуре без какого-либо внешнего вмешательства.

Чтобы продемонстрировать технологию, исследователи установили SHeaLDS в мягкого робота, напоминающего четырехногую морскую звезду и оснащенного системой управления с обратной связью. После того, как исследователи проткнули одну из его ног в общей сложности шесть раз, робот смог обнаружить повреждение и самостоятельно залечить каждый порез примерно за минуту. Робот также может автономно адаптировать свою походку в зависимости от обнаруженного им повреждения.

Хотя материал прочный, он не является нерушимым. «Он имеет свойства, схожие с человеческой плотью, — сказал Шеперд. — Вы плохо излечиваетесь от ожогов кислотами или термических ожогов, но хорошо — от порезов», — отметил Роб Шеперд.

Шеферд планирует интегрировать SHeaLDS с алгоритмами машинного обучения, которые распознают тактильные ощущения, чтобы в конечном итоге создать «очень прочного робота с самовосстанавливающейся кожей, но использующего ту же кожу, чтобы чувствовать окружающую среду».

Подробное исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Источник: Cornell Chronicle