Багатоногого полімерного робота навчили крокувати в магнітному полі з пігулкою на спині

Китайські інженери створили полімерного крокуючого робота, керованого за допомогою зовнішнього магнітного поля. Розробники припускають, що в майбутньому подібні роботи можна буде використовувати для переміщення ліків всередині людського організму, і продемонстрували це на прикладі доставки капсули всередині моделі шлунка. Стаття опублікована в журналі.

Інженери багато років працюють над створенням автономних медичних пристроїв, які могли б працювати всередині людського тіла і виконувати корисні функції, наприклад, доставляти ліки до конкретних областей тіла або проводити обстеження. Оскільки ці пристрої повинні бути вкрай компактними, розробники стикаються з цілою низкою проблем, головні з яких полягають у створенні компактних, але в той же час ефективних двигунів або актуаторів, а також джерел живлення для їх роботи.

Деякі дослідницькі групи в якості вирішення цих проблем пропонують використовувати зовнішнє магнітне поле для управління рухом робота. Наприклад, на початку 2018 року німецькі інженери створили магнітну робоску, здатну ходити і переміщати предмети. Зазвичай ці роботи використовують вкрай прості механізми руху і через це переміщуються з низькою ефективністю. Група інженерів з Міського університету Гонконгу під керівництвом Яцзіна Шеня (Yajing Shen) створила нового магнітного робота, що має безліч ніг, що дозволяють знизити тертя з поверхнею і підвищити ефективність ходьби.

При розробці робота інженери відштовхувалися від будови живих організмів, що мають ноги. Зазвичай довжина їх ніг в один-два рази перевищує відстань між ногами, тому що це дозволяє тварині бути одночасно досить стійкою і ефективно пересуватися. Інженери вирішили вибрати схоже співвідношення - довжина ніг робота становить 0,65 міліметра, а відстань між ними 0,6 міліметра. Загальна довжина такої смужки з безліччю ніг становить 17 міліметрів. Процес створення робота досить простий: інженери створювали суміш з полідіметилоксану і залізних частинок в органічному розчиннику гексані, а під час її ствердування підносили до неї магніт, який, впливаючи на ферромагнітні частинки в полімері, формував конічні структури над полімерною смужкою.

Інженери створили апарат з переміщуваним по трьох осях магнітом, а також розробили дві схеми руху, під час яких робот або періодично піднімає всю свою передню частину, або поперемінно різні сторони:

Випробування показали, що при частоті циклу переміщення магніту 16 герц робот може за секунду подолати відстань, що дорівнює 44 довжинам його ноги. Для порівняння, у людини цей показник становить близько 7,5 довжини ноги, а у гепарда 33,3. Потенційне застосування робота розробники продемонстрували на прикладі переміщення капсули масою 91,4 міліграма, що більш ніж удвічі перевищує власну масу робота. Інші випробування показали, що максимальна маса навантаження, що переміщується роботом, становить сто його власних мас.

Нещодавно американські дослідники розробили спосіб 3D-друку, що дозволяє програмувати поведінку друкованих об'єктів в магнітному полі. За допомогою цього методу автори роботи створили шестиногого робота, здатного переміщатися і захоплювати предмети.