Репортаж от Wedoany，Исследователи из Университета штата Северная Каролина, вдохновившись броненосцами, разработали защитную структуру для роботов под названием «морфо-блокирующий защитный модуль» (morpho-interlocking protective module, MIPM), которая способна автоматически сворачиваться в защитный шар при обнаружении деформации, чтобы защитить внутреннюю электронику или другие полезные нагрузки.
Мягкие роботы и гибкие электронные устройства часто бывают довольно хрупкими в процессе эксплуатации. Данное исследование направлено на обеспечение нормальной работы этих технологий с возможностью формирования эффективной механической защиты при необходимости. Юн Чжу (Yong Zhu), выдающийся профессор имени Эндрю А. Адамса кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) и автор-корреспондент соответствующей статьи, отметил, что цель исследования заключалась именно в разработке решения, позволяющего хрупким технологиям нормально функционировать и при необходимости получать защиту.
Цзяньюй Чжоу (Jianyu Zhou), первый автор статьи и постдокторант Университета штата Северная Каролина, указал, что в расслабленном состоянии структура довольно гибкая, но может быть активирована для изгиба в жёсткую внешнюю структуру. Эта технология может использоваться для защиты различных объектов, практически любых, вокруг которых она может свернуться.
MIPM состоит из трёх основных слоёв. Внешний слой (экзоскелет) состоит из серии сегментированных изогнутых чешуек, изготовленных из 3D-печатной смолы. Средний «слой датчиков и привода» содержит четыре части: жидкокристаллический эластомер (LCE), сжимающийся при нагреве; эластичный полимерный датчик деформации с внедрёнными серебряными нанопроволоками; слой полиимидной ленты, расширяющейся при нагреве; и тонкий слой токопроводящей ткани, служащий «нагревателем». Внутренний скелетный слой состоит из плотной бумаги, сложенной в ряд гребней, которые фиксируют ряд жёстких полимерных «сегментированных чешуек».
Когда датчик деформации обнаруживает прикосновение или удар, он отправляет сигнал на блок управления, который, в свою очередь, подаёт питание на слой нагревателя. После нагрева слоя нагревателя слой LCE сжимается, а слой полиимидной ленты расширяется, что приводит к изгибу всей структуры, и MIPM в конечном итоге сворачивается в защитное кольцо, экзоскелетом наружу.
«Когда слои сворачиваются в круг, сегментированные чешуйки во внутреннем скелете MIPM блокируют друг друга, образуя прочный внутренний "скелет", что повышает стабильность структуры», — сказал Чжоу Цзяньюй.
В ходе проверочных испытаний концепции MIPM работал, как и предполагалось: слой датчиков успешно обнаруживал увеличение деформации и инициировал трансформацию в защитную оболочку. Исследование также показало, что увеличение количества сегментированных чешуек во внутреннем скелете значительно повышает внутреннюю жёсткость и прочность структуры. Юн Чжу отметил, что с помощью механо-ориентированного проектирования был достигнут баланс между сегментацией внутреннего скелета и лёгкостью конструкции; например, 10 сегментированных чешуек способны выдерживать усилие около 10 ньютонов.
Статья под названием «Вдохновлённые броненосцами активные морфирующие скелеты для мягких машин» (Armadillo-Inspired Active Morphing Skeletons for Soft Machines) была опубликована 27 мая в журнале открытого доступа «Science Advances». Соавторами статьи являются постдокторант Университета штата Северная Каролина Вэйсин Чжоу (Weixin Zhou), аспиранты Соль-И (Дженнифер) Ли (Seol‐Yee (Jennifer) Lee) и Али Акбари (Ali Akbari), а также бывший аспирант Университета штата Северная Каролина, ныне доцент кафедры машиностроения Флоридского технологического института (Florida Institute of Technology) Шуан У (Shuang Wu).
Данное исследование было поддержано грантом Национального научного фонда США (National Science Foundation) (номер 2134664) и грантом Министерства обороны США (Department of Defense) (номер W81XWH-21-1-0185).
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
