Роботы и протезы: новый материал обещает прорыв в технологиях

Новый материал может произвести революцию в робототехнике и индустрии изготовления протезов. Он вдвое легче бумаги, гибкий и проводит электрический ток.

Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале Science Robotics.

Роботы-оригами получили название в честь японского искусства складывания фигур из бумаги без помощи ножниц и клея. Корпус такого устройства состоит из цельного листа материала, сложенного особым образом. Поскольку роботам нужно двигаться, обычно используются такие гибкие материалы как резина, бумага или пластик.

Теперь инженеры применили материал на основе платины и углерода. Такой коктейль проводит электрический ток. Это позволяет использовать корпус робота для самых разных целей.

Во-первых, он работает как датчик механического напряжения, функционирующий в реальном времени. Во-вторых, проводящий корпус – готовая антенна для беспроводной связи. Наконец, он может работать даже как обогреватель, если пустить по нему ток. Всё это позволяет обойтись без систем, которыми приходится снабжать более традиционных роботов, и снизить вес устройства.

Новый материал вдвое легче обычной бумаги и примерно втрое легче материалов, обычно используемых для изготовления роботов-оригами. Это позволяет сделать устройство на 30% более энергоэффективным. Кроме того, такой корпус получается огнестойким: вещество выдерживает температуру в 800 °C в течение пяти минут (что, правда, не значит, что при этом не перегреется электроника внутри робота).

Кстати, авторы надеются, что их детище будет использовано и при изготовлении роботизированных протезов. Благодаря лёгкости материала и отсутствию механических датчиков, роль которых выполняет сам корпус, такая искусственная конечность будет на 60% легче аналогов.

Процесс изготовления чудо-материала выглядит так. Обычная целлюлозная бумага замачивается в растворе оксида графена. Затем она погружается в раствор, содержащий ионы платины (авторы также убедились, что можно использовать золото или серебро). Затем заготовка подвергается нагреву до 800 °C в аргоновой атмосфере, а потом – до 500 °C в воздухе.

В итоге получается гибкий и растяжимый лист толщиной 0,09 миллиметра. Он на 70% состоит из металла и на 30% – из аморфного углерода (фактически сажи).

"Мы экспериментировали с различными электропроводящими материалами, чтобы в итоге получить уникальную комбинацию, которая обеспечивает оптимальное распознавание деформации и возможности беспроводной связи. Поэтому наше изобретение расширяет выбор нетрадиционных материалов для изготовления продвинутых роботов", – констатирует Хайтао Ян (Haitao Yang) из Национального университета Сингапура.

Теперь исследователи надеются заменить драгоценные металлы медью, чтобы снизить стоимость разработки. Также они планируют эксперименты с электрохимически активными материалами, чтобы превратить корпус робота в аккумулятор.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о роботе-оригами, который самостоятельно собирается. Также мы рассказывали об устройстве, которое трансформируется словно Оптимус Прайм, и о роботе, научившимся самоуничтожаться.