Badacze z Narodowego Uniwersytetu w Seulu właśnie wykonali milowy krok w stronę maszyn o niemal biologicznej elastyczności. Ich najnowsze odkrycie – przełomowy sztuczny mięsień – nie tylko potrafi zmieniać swój kształt w czasie rzeczywistym, ale wykazuje aż 91-procentową zdolność do regeneracji i ponownego użycia.
Elektrody jak płynny metal
Kluczem do tego przełomu jest innowacyjne podejście do konstrukcji siłowników dielektrycznych (DEA), które potocznie nazywa się sztucznymi mięśniami ze względu na ich zdolność do szybkiego i precyzyjnego ruchu pod wpływem energii elektrycznej. Do tej pory największą wadą DEA były sztywne, nadrukowane na stałe wzory elektrod. Gdy robot został już zbudowany, mógł wykonywać tylko jeden zaprogramowany ruch – np. chwytanie lub zginanie. Jeśli zadanie się zmieniało, inżynierowie musieli projektować maszynę od nowa.
Koreański zespół rozwiązał ten problem, tworząc elektrody z ferrofluidu przechodzącego przemianę fazową. W temperaturze pokojowej materiał ten zachowuje się jak ciało stałe, ale pod wpływem ciepła lub pól magnetycznych zmienia się w ciecz. Dzięki temu strukturę wewnętrzną mięśnia można dosłownie przeryrysować już po jego wyprodukowaniu.
Jakie to ma zastosowania?
- Jeden i ten sam element robota może w jednej chwili służyć do zginania, w drugiej do rozszerzania, a w trzeciej stać się mostkiem w obwodzie elektrycznym.
- Elektrody mogą się dzielić, łączyć i przemieszczać w trójwymiarowej przestrzeni wewnątrz urządzenia podczas jego pracy.
- Zamiast wymieniać części, przyszłe roboty będą mogły „przeprogramować” fizycznie swoją strukturę, by dostosować się do nowego otoczenia.
Prof. Jeong-Yun Sun opisuje to rozwiązanie jako transformację pasywnych elementów w „żyjące, programowalne jednostki”. To fundamentalna zmiana: robotyka staje się bardziej zrównoważona, ponieważ jedna struktura może generować praktycznie nieograniczoną liczbę trybów ruchu.
Czy to koniec ze „śmiertelnymi” awariami sprzętu?
Druga, równie imponująca cecha nowego mięśnia, to jego niemal nadludzka odporność. W tradycyjnej elektronice przecięcie kabla lub zwarcie zazwyczaj oznacza koniec urządzenia. W przypadku mięśnia z Seulu uszkodzenie nie jest wyrokiem. Jeśli dojdzie do pęknięcia lub awarii elektrycznej, sąsiedni materiał elektrodowy można upłynnić, by ponownie połączył przerwane ścieżki lub stworzył obejście wokół uszkodzonej sekcji.
Czytaj też: Robot czy czarodziej? Model π0.7 uczy się zadań, których nigdy mu nie pokazano
Taka zdolność do samonaprawy sprawia, że systemy robotyczne będą mogły kontynuować pracę w agresywnych środowiskach przemysłowych, gdzie są narażone na uderzenia, tarcie czy ekstremalne napięcia. Ale naukowcy poszli jeszcze o krok dalej – postawili na pełny recykling. Gdy urządzenie ostatecznie zakończy swój cykl życia, materiał elektrodowy można odessać w formie płynnej i wstrzyknąć do zupełnie nowego systemu. Badania opublikowane w Science Advances potwierdzają, że nawet po wielu cyklach ponownego użycia, materiał zachowuje około 91% swojej pierwotnej sprawności.
Czytaj też: Witaj Skynecie!? Google nauczyło maszyny myśleć jak ludzie!
Oczywiście, ta innowacja nie sprawi, że za kilka lat po ulicach będą chodzić roboty jak z Marvela. Jest to raczej zapowiedź czegoś znacznie praktyczniejszego i mniej spektakularnego – możliwości tworzenia maszyn, które zmieniają kształt w zależności od potrzeb, a w razie wypadku „leczą” swoje obwody. To z kolei otwiera drzwi do produkcji trwalszej i bardziej ekologicznej elektroniki, bo zamiast wyrzucać zepsute gadżety, będziemy mogli je przebudowywać lub pozwalać im na autoregenerację.
Źródło: Science Advances
