Електрична павутина впоралася із завданнями справжньою

Інженери виготовили павутину, яка відтворює функції спритної мережі павука за допомогою електростатичних ефектів. Під час випробувань вона змогла самостійно очиститися від пилу, виявити наближення цілей, захопити їх і відпустити. За словами авторів, в майбутньому подібні технології можуть знайти застосування в м'якій робототехніці. Робота опублікована в.

М'яка робототехніка заснована на використанні м'яких (тобто легко деформованих) матеріалів - ця особливість забезпечує роботам гнучкість, полегшує їх адаптацію до різних завдань (від моделювання водних істот до проведення хірургічних операцій) і підвищує безпеку взаємодії з людьми.

Однак щоб пристрої з м'яких матеріалів могли ефективно справлятися зі своєю роботою, необхідно створювати єдині роботизовані системи з безлічі окремих компонентів, функції яких доповнюють один одного - ця вимога може призводити до технічних труднощів. У таких ситуаціях вчені часто запозичують ідеї з навколишнього середовища (наприклад, спостерігаючи за рухом живих організмів) - це дозволяє дослідникам не розробляти роботизовану систему цілком, а будувати її за аналогією з природною, копіюючи і відтворюючи необхідні функції.

Вчені з Південної Кореї під керівництвом Янгхун Лі (Younghoon Lee) і Вон Цзюнь Сун (Won Jun Song) з Сеульського Університету виготовили і протестували штучну павутину - пристрій, який працює за аналогією з ловчою мережею павука. Для цього автори використовували нитки з органогелю в силіконовій оболонці - гель містив вільні іони літію (Li +) і хлору (C^l-) - тобто мав іонну провідність, а силіконове покриття підтримувало його форму і запобігало забрудненню. Відтворюючи структуру павутини (і разом з цим її механічні властивості), дослідники закріпили спіраль з пари паралельних ниток на нейлоновому каркасі за допомогою ціаноакрилатного клею.

Щоб відтворити функції природної павутини, інженери прикладали до ниток електричну напругу - іони в органогелі переміщалися, і біля поверхонь двох ниток накопичувалися нескомпенсовані заряди протилежних знаків. З одного боку, це призводило до тяжіння ниток один до одного, а з іншого боку - до виникнення зовнішнього електричного поля.

Регулюючи подану напругу, автори керували величиною зовнішнього поля, і разом з цим - силою електростатичного тяжіння зовнішніх предметів (цілей) до штучної павутини, яка виникала при перерозподілі зарядів у предметі під впливом поля ниток. Прикладаючи до павутини змінну напругу і підбираючи її частоту, вчені домагалися вібрації пари ниток (під дією періодично виникає і зникає сили тяжіння) і таким чином очищали пристрій від небажаного забруднення - часточок пилу, які в реальних умовах можуть прилипати до павутини і, компенсуючи надлишковий заряд, послаблювати її вплив на цільові об'єкти.

Крім того, дослідники протестували систему виявлення цільового предмета до безпосереднього контакту з павутиною - для цього вони використовували цілі з штучно нанесеним зарядом: при наближенні до павутини такі предмети індукували напругу в спочатку неактивному пристрої. Прилади вимірювали цю напругу, і якщо вона перевершувала порогове значення в 0,1 вольт - активували джерело живлення - павутина реагувала на наближення мети і захоплювала її.

У результаті випробувань дослідникам вдалося захопити за допомогою павутиння предмети в діапазоні мас від 0,4 до 11 грамів, досягаючи притягуючого тиску близько одного кілопаскаля. Очищення (тривалістю в 60 секунд) штучно покритих пилом ниток за допомогою вібрації дозволило відновити до 98,7 відсотка від первісної (до покриття пилом) сили електростатичного зчеплення, а встановлення порогової напруги для реєстрації наближаються цілей - підтримувати (за рахунок уникнення додаткового забруднення) силу електростатичного зчеплення в 32,5 рази вище, ніж при безперервній роботі пристрою.

Автори зазначають, що запропонований експериментальний підхід можна застосовувати не тільки для створення штучних павутин, а й для інших приладів - затисних пристроїв, актуаторів і сенсорів.

Раніше ми писали про те, як вчені пояснили сталість натягнення павучої мережі впливом крапель клейкої рідини і отримали штучну павутину, яка не поступається в міцності справжній.