Робототехника стремительно покоряет всё новые и новые просторы, непрерывно развиваясь и совершенствуясь для выполнения новых задач. При этом одним из существенных ограничений для многих современных роботов является их жёсткость.
Довольно часто такая конструкция не только мешает расширить области их использования, но и делает уязвимыми для всевозможных поломок. В последнее время исследователи из разных стран всё чаще создают мягких роботов, используя при их конструировании гибкие материалы: всевозможные пластики и резины, на что их вдохновляют осьминоги, морские звёзды, черви и другие обитатели нашей планеты. Такие экземпляры устойчивы ко многим видам повреждений и способны преодолевать необычные препятствия, что часто не под силу жёстким роботам.
Одним из недавних достижений в этой области стала разработка механического щупальце, которое предлагается использовать в хирургии для бережного подъёма и удерживания внутренних органов во время операции.
Команда исследователей из Университета Айовы во главе с Чеёном Кимом (Jaeyoun Kim) разработала миниатюрное роботизированное щупальце, основой которого стала легкодеформируемая микротрубка из эластомера. Её длина составляла от 5 до 8 миллиметров, а толщина стенки — от 8 до 32 микрометров. Для сравнения, средняя толщина человеческого волоса составляет около 100 микрометров.
Мягкие роботы, как правило, движутся за счёт воздуха, который нагнетается в камеры или специальные пневматические каналы. Но миниатюризация такого механизма оказалась весьма сложной задачей. Например, при создании каналов из эластомерной матрицы вымывается некое заполняющее вещество. В случае очень маленьких размеров конечного устройства существует опасность, что вещество частично останется в каналах, что недопустимо.
Для того чтобы обойти эту проблему, учёные погрузили оптоволокна в жидкий каучук. Когда основа застыла, волокна удалили и получили необходимые крошечные каналы шириной от 100 до 125 мкм. Воздух в них закачивали при помощи обычного шприца.
Так как при высушивании каучука учёные дали жидкости под действием гравитации немного стечь в одну сторону, одна из стенок канала получилась толще другой. В результате, когда внутрь накачивается воздух, более тонкая стенка изгибается сильнее, заставляя всю конструкцию свернуться в спираль.
В итоге миниатюрное пневматическое робощупальце может захватить и деликатно зажать предмет, обвивая его по спирали, так же как если это был бы хобот слона, щупальце осьминога или усик гороха. Ранее в этом диапазоне длин (менее сантиметра) «щупальца» могли сделать максимум одно кольцо вокруг обхватываемого предмета.
В своей статье, опубликованной в издании Scientific Reports, авторы демонстрируют возможности своего устройства, которое удерживает крошечную икринку мойвы. Обычно при использовании щипцов она деформируется и лопается. Не менее эффектно смотрится и деликатный захват муравья.
Роботизированное щупальце способно обвить предмет с минимальным радиусом около 185 мкм, при этом сила захвата будет составлять около 0,78 мН.
Исследователи полагают, что их микрощупальца будут полезны в любой области, где нужны деликатные манипуляции с крошечными предметами, например, в микрохирургии, когда необходимая мишень операции может быть достигнута через кровеносные сосуды.
Тем не менее, для выхода на рынок устройствам такого рода потребуется усовершенствование приводов, в первую очередь упрощение способа их изготовления.
Автор: Дарья Загорская