Magnetni „metabot“ može da se raširi, preuzme nove oblike i da se kreće kao robot – ali bez motora

U eksperimentu koji podeseća na „Transformerse“, inženjeri sa Prinstonskog univerziteta napravili su tip materijala koji može da se širi, preuzima nove oblike, kreće se i sledi elektromagnetne komande kao daljinski kontrolisan robot, iako nema nikakav motor ili unutrašnji mehanizam.

„Možete izvoditi transformaciju između materijala i robota, i kontrolisati to pomoću spoljašnjeg magnetnog polja“, kažu inženjeri, koji opisuju kako ih je inspirisala umetnost origamija.

Preporučujemo

Radi se o metamaterijalu sa novim i neobičnim svojstvima zavisnim od fizičke strukture materijala, a ne od hemijskog sastava. Metamaterijal je napravljen kombinovanjem jednostavne plastike i specijalno izgrađenih magnetnih sastava. Pomoću magnetnog polja se menja struktura metamaterijala, izazivajući njegovo širenje, kretanje i deformisanje u različitim pravcima, sve sa daljine, bez dodirivanja metamaterijala.

Kreacija je nazvana „metabot“ – metamaterijal koji može da menja svoj oblik i da se kreće. Elektromagnetna polja nose energiju i signal istovremeno. Svako ponašanje je vrlo jednostavno, ali kad se udruže – može biti veoma složeno. Ovo istraživanje pomera granice energetske elektronike pokazujući da se moment sile može prenositi sa daljine, odmah i precizno radi izazivanja složenih robotskih pokreta.

Metabot je modularna kombinacija više elemenata koji su odraz u ogledalu jedan drugog i mogu se rekonfigurisati. Ovo ogledanje, poznato kao hiralnost, omogućava složeno ponašanje. Metabot može izvoditi znatna izobličenja – uvrtanja, skupljanja i smanjenja – kao reakciju na jednostavan posticaj. Istraživanje otvara nove i uzbudljive puteve za dizajn i primenu origami tehnologije. Kreiran je krajnje mnogostran mehanički materijal putem kontrole sklopa i hiralnog stanja modula.

Ovaj rad bi mogao promeniti paradigmu širom mnogih oblasti kao što su mekana robotika, aerokosimički inženjering, apsorpcija energije i spontana termoregulacija.

Istražujući primene nove tehnologije u robotici, inženjeri su koristili lasersku litografiju da bi napravili prototip metabota visok 100 mikrona (malo deblje od ljudske vlasi). Slični roboti bi jednog dana mogli dostavljati lekove u određene delove tela ili pomagati hirurzima da poprave oštećene kosti ili tkivo.

Metamaterijal je takođe upotrebljen za stvaranje termoregulatora koji radi putem prelaska između crne površine koja apsorbuje svetlost i reflektivne površine. Metamaterijal je izložen jakoj Sunčevoj svetlosti, a temperatura površine je uspešno podešena od 27 do 70 stepeni Celzijusovih i obrnuto.

Još jedna moguća primena je za antene, sočiva i uređaje koji rade sa talasnim dužinama svetlosti.

Geometrija je ključna kad je u pitanju novi materijal. Plastične cevi su napravljene sa podupiračima raspoređenim tako da se cevi uvrću prilikom kompresije i kompresuju prilikom uvrtanja. Ove cevi se u tehnici origamija nazivaju „kresling obrasci“. Obrazac ponavljajućih cevi omogućava pomeranje svakog dela cevi nezavisno pomoću precizno postavljenih magnetnih polja.

Jedna posledica hiralnosti je da materijal ne mora da sledi tipična pravila akcija i reakcija fizičkih objekata. Obično, ako se gumeni snop uvrne u smeru kazaljke sata i onda suprotno, vrati se u početni položaj. Metabot se skupi ako je uvrnut u smeru kazaljke sata i ponovo se otvori ako je uvrnut suprotno smeru kazaljke sata – normalno ponašanje. Međutim, ako je uvrnut suprotnim redosledom – suprotno smeru kazaljke sata i zatim u smeru kazaljke sata – uređaj se skupi, a onda se skupi još više.

Ovo asimetrično ponašanje simulira fenomen poznat kao histerezis, kad sistem reaguje na stimulus zavisno od istorije promena u sistemu. Takve sisteme, koji postoje u inženjerstvu, fizici i ekonomiji, teško je matematički modelirati. Metamaterijal pruža način da se ti sistemi simuliraju direktno.

Udaljenija upotreba novog materijala bilo bi dizajniranje fizičkih struktura koje imitiraju dejstvo logičkih kapija od tranzistora u kompjuteru. To nam daje fizički metod za simulaciju složenog ponašanja kao što su nekomutativna stanja, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/TechXplore)