Броненосцы вдохновили ученых на создание системы защиты для мягких роботов

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали защитную конструкцию для гибкой электроники и мягкой робототехники, взяв за основу способность броненосцев сворачиваться в шар при опасности, сообщает NC State University.

Новая система должна защищать хрупкие устройства при внешнем воздействии. Конструкцию можно настроить так, чтобы она реагировала как на легкое прикосновение, так и на сильный удар.

Один из авторов работы Йонг Чжу отметил, что мягкая робототехника и гибкая электроника быстро развиваются, однако такие устройства часто остаются уязвимыми. По его словам, целью ученых было создать решение, которое позволит технологиям работать в обычном режиме и защищаться при необходимости.

Первый автор статьи Цзяньюй Чжоу пояснил, что в спокойном состоянии разработанная структура остается гибкой. При активации она изгибается и превращается в жесткую внешнюю оболочку. Ученые считают, что такую технологию можно использовать для защиты разных объектов, если конструкция способна обернуться вокруг них.

Разработку назвали морфовзаимосвязанным защитным модулем. Она состоит из трех основных слоев. Внешний слой представляет собой экзоскелет из сегментированных изогнутых пластин, изготовленных из смолы при помощи трехмерной печати.

Средний слой отвечает за восприятие воздействия и движение конструкции. В него входят жидкокристаллический эластомер, который сжимается при нагревании, датчик деформации из эластичного полимера с серебряными нанопроволоками, каптоновая лента, расширяющаяся при нагреве, а также тонкий слой проводящей ткани, выполняющий роль нагревателя.

Внутренний слой состоит из плотной бумаги, сложенной в виде выступов. Они удерживают жесткие полимерные сегментные чешуйки, которые при изгибе соединяются между собой и усиливают конструкцию.

Когда датчик фиксирует прикосновение или удар, он передает сигнал на блок управления. После этого питание подается на нагревательный слой. При нагреве жидкокристаллический эластомер сжимается, а каптоновая лента расширяется, из-за чего вся структура изгибается и сворачивается в защитное кольцо.

При таком движении наружный экзоскелет оказывается снаружи, а элементы внутреннего слоя сцепляются друг с другом. По словам Чжоу, это формирует прочный внутренний каркас и повышает устойчивость модуля.

Во время испытаний ученые подтвердили, что разработка реагирует на увеличение нагрузки и запускает переход в защитную форму. Они также установили, что рост числа сегментов во внутреннем слое повышает жесткость и прочность конструкции.

Чжу отметил, что исследователи нашли баланс между количеством сегментов и облегчением конструкции. По его словам, десять сегментных чешуек способны выдерживать нагрузку около десяти ньютонов. Ученые считают, что сочетание гибкости и механической защиты может иметь значительный потенциал для дальнейшего развития технологий, вдохновленных природой.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Рекомендуем также:

1. Автобус остановился, а водитель лишился прав: в каком случае объезд считают грубым нарушением
2. Легкий, яркий и без лишней суеты: свекольник готовится быстрее борща, но выглядит так, будто над ним старались весь день
3. Тесто нежное, начинка сочная, вкус как из детства: пирог с капустой и яйцом станет главным угощением к чаю
4. Лебедь из шины может дорого обойтись: за привычное украшение двора россиянам грозит штраф
5. Работодатель не имеет права отказать: какие дополнительные льготы положены работающим пенсионерам