Профессор Хани Нагиб и его группа специализируются на интеллектуальных материалах. Одно направление их исследований сосредоточено на электротермических приводах (ETA), устройствах, изготовленных из специализированных полимеров, которые можно запрограммировать на физическую реакцию на электрические или тепловые изменения.
Например, ETA можно запрограммировать таким образом, чтобы имитировать мышечные рефлексы, напрягаясь, когда холодно, и расслабляясь, когда жарко.
Нагиб и его команда применяют эту технологию в области робототехники, создавая «мягких» роботов, которые могут ползать и скручиваться. Они считают, что однажды они смогут заменить громоздких и покрытых металлом ботов, используемых в обрабатывающей промышленности.
«Прямо сейчас роботы, которые вы найдете в промышленности, тяжелые, прочные и изолированы от рабочих в производственном цеху, потому что они представляют угрозу безопасности», – объясняет Нагиб.
"Но обрабатывающая промышленность модернизируется, чтобы удовлетворить спрос. Все больше и больше делается упор на взаимодействие человека и робота », – добавляет он. "Мягкие, адаптируемые роботы могут использовать это сотрудничество."
Хотя адаптивные материалы изучались десятилетиями, команда обнаружила новый подход к их программированию, в результате чего движение дюймового червяка было продемонстрировано в статье, недавно опубликованной в Scientific Reports.
"Существующие исследования документируют программирование ETA из состояния покоя. Программируемость формы двумерной конструкции ограничена, поэтому реакция представляет собой просто изгибающее движение », – объясняет аспирант Ю-Чен (Гэри) Сун, ведущий автор статьи.
Напротив, Сан и его соавторы создали расчетное время прибытия с трехмерным состоянием покоя.
Они использовали метод термического воздействия, снятия напряжения и отверждения, который открывает гораздо больше возможностей для формы и движения.
"Что также ново, так это мощность, необходимая для того, чтобы вызвать движение дюймового червяка. Наш метод более эффективен, чем все, что существовало до сих пор в исследовательской литературе ", – говорит Сан.
Нагиб говорит, что эти программируемые меняющие форму мягкие роботы не просто произведут революцию в обрабатывающей промышленности: они могут быть полезны в таких областях, как безопасность, авиация, хирургия и носимая электроника.
«В ситуациях, когда люди могут оказаться в опасности – утечка газа или пожар – мы могли бы оснастить ползающего робота датчиком для измерения вредной окружающей среды», – объясняет Нагиб. «В аэрокосмической отрасли мы могли видеть, что интеллектуальные материалы являются ключом к созданию самолетов следующего поколения с изменяющимися крыльями."
Хотя он отмечает, что пройдет некоторое время, прежде чем мир увидит переделанные крылья самолетов, самое непосредственное влияние будет на носимых технологиях.
"Мы работаем над тем, чтобы нанести этот материал на одежду.
Эти предметы одежды сжимаются или высвобождаются в зависимости от температуры тела, что может быть терапевтическим для спортсменов », – говорит Нагиб. Команда также изучает, может ли умная одежда быть полезной при травмах спинного мозга.
В течение следующего года команда Нагиба сосредоточится на ускорении отклика при ползании и изучит другие конфигурации.
«В данном случае мы научили его двигаться как червяк», – говорит он. «Но наш инновационный подход означает, что мы можем обучать роботов имитировать многие движения – например, крылья бабочки."