Roboti z uzlů skáčou stovkykrát výše než jejich výška: Pomohou s obnovou lesů bez elektroniky

Vědci z Penn Engineering přeměnili běžnou nepříjemnost – zauzlený provázek – ve vysoce výkonného robota aktivovaného teplem. Tito drobní, měkcí roboti dokážou vyskočit až dva metry do vzduchu, převrátit se za letu a dokonce se „bumerangem“ vrátit na své výchozí místo.

Vědci z Penn Engineering přeměnili běžnou nepříjemnost – zauzlený provázek – ve vysoce výkonného robota aktivovaného teplem. Tito drobní, měkcí roboti dokážou vyskočit až dva metry do vzduchu, převrátit se za letu a dokonce se „bumerangem“ vrátit na své výchozí místo. Tato inovace nabízí novou metodu pro autonomní zalesňování a zemědělství.

Studie odhaluje, jak jednoduchá změna v „topologii“ uzlu může přeměnit vlákno o tloušťce milimetru na programovatelný stroj schopný provádět složité gymnastické sestavy bez jediné elektronické součástky. Výzkumný tým, vedený Shu Yangem a Yaoye Hongem, využil dvojmateriálové vlákno skládající se z pevného jádra z Kevlaru a okolního obalu z kapalného krystalového elastomeru (LCE). Toto spojení umožňuje vláknu ukládat elastickou energii při zkroucení a zauzlení, fungující jako pružina držená na místě třecí západkou.

Systém se aktivuje teplem, nikoli elektronikou. Když teplota stoupne na přibližně 60 až 90 stupňů Celsia, LCE obal se smrští a roztočí, čímž uzel dostatečně uvolní, aby se spustilo náhlé rozvázání. Během zlomku sekundy se uložená elastická energie přemění na kinetickou energii pro rychlý pohyb. Uzel dlouhý jen několik milimetrů tak může dosáhnout výšky stonásobně větší, než je jeho vlastní velikost. Specifický pohyb robota je řízen jeho matematickou topologií; například jednoduchý uzel vytváří převracení, zatímco osmičkový uzel způsobuje rotaci. Složitější uzly lze navrhnout tak, aby se rozvazovaly postupně, což vede k sekvenčním pohybům podobným gymnastické sestavě.

Pro kontrolu letu a sestupu tým přidal tenké křídlo inspirované autorotací javorových semen. V závislosti na umístění tohoto křídla může robot klouzat vpřed nebo se zakřivit zpět k výchozímu bodu. Tato kinetická energie je obzvláště užitečná pro zalesňování, protože pohání robota do půdy s vysokým lokálním tlakem. Tato metoda generuje penetrační tlaky zhruba 30krát větší než předchozí systémy pro přenášení semen, které se spoléhaly na déšť k rozšíření dřevěných dýh. Jelikož jsou noví roboti spouštěni teplem, mohou být aktivováni předvídatelným slunečním světlem v suchých prostředích, kde je déšť vzácný.

Dlouhodobým cílem je vyvinout řadu adaptivních, bezenergetických strojů, které se dokážou pohybovat ve složitých prostředích a řešit ekologické problémy. Budoucí verze mohou využívat ekologičtější komponenty, zejména pokud budou nasazeny venku. Výzkumníci také pracují na snížení aktivační teploty a zdokonalení způsobu, jakým se vlákna interagují s půdou.