Разработка полимеров, реагирующих на стимулы, открыла множество возможностей, связанных с материалами, для небольших роботов с мягким телом, управляемых по беспроводной связи, нового поколения. Уже некоторое время инженеры знают, как использовать эти материалы для создания маленьких роботов, которые могут ходить, плавать и прыгать. До сих пор никому не удалось заставить их летать.
FAIRY — летающие аэророботы
Исследователи из группы Light Robots из Университета Тампере сейчас изучают, как заставить умный материал летать. Хао Цзэн, научный сотрудник Академии и руководитель группы, и Цзяньфэн Ян , докторант, разработали новый дизайн для своего проекта под названием FAIRY — летающие аэророботы на основе светочувствительных материалов. Они разработали робота для сборки полимеров, который летает за счет ветра и управляется светом.
Чувствительный полимер позволяет создавать искусственные, автономно работающие конструкции. В темную и безветренную погоду фея стоит неподвижно. Когда света достаточно, конструкция автоматически открывается, позволяя летать в потоке ветра.
«Это искусственное семя превосходит свои натуральные аналоги и оснащено мягким приводом. Привод изготовлен из светочувствительного жидкокристаллического эластомера, который вызывает открытие или закрытие щетинок при возбуждении видимым светом», — объясняет Хао Цзэн.
Искусственная фея управляется светом
Искусственная фея, разработанная Цзэном и Яном, имеет несколько биомиметических особенностей. Благодаря высокой пористости (0,95) и легкой (1,2 мг) структуре он может легко парить в воздухе, направленном ветром. Более того, стабильная генерация отдельных вихревых колец позволяет путешествовать на большие расстояния с помощью ветра.
«Фея может питаться и управляться источником света, например, лазерным лучом или светодиодом», — говорит Цзэн.
Это означает, что свет можно использовать для изменения формы крошечной структуры, похожей на семена одуванчика. Фея может вручную адаптироваться к направлению и силе ветра, изменяя свою форму. Световой луч также можно использовать для управления взлетом и посадкой полимерной сборки.
Потенциальные возможности применения в сельском хозяйстве
Далее исследователи сосредоточатся на улучшении чувствительности материала, чтобы устройство могло работать при солнечном свете. Кроме того, они увеличат структуру, чтобы она могла нести микроэлектронные устройства, такие как GPS и датчики, а также биохимические соединения.
По словам Цзэна, есть потенциал для еще более значительных приложений.
«Это звучит как научная фантастика, но эксперименты по проверке концепции, включенные в наше исследование, показывают, что разработанный нами робот обеспечивает важный шаг к реалистичным приложениям, подходящим для искусственного опыления», — рассказывает он.
В будущем миллионы искусственных семян одуванчика, несущих пыльцу, смогут свободно рассеиваться естественными ветрами, а затем направляться светом к определенным участкам с деревьями, ожидающими опыления.
«Это окажет огромное влияние на сельское хозяйство во всем мире, поскольку потеря опылителей из-за глобального потепления стала серьезной угрозой для биоразнообразия и производства продуктов питания», — говорит Цзэн.
Проблемы еще предстоит решить
На создание своей искусственной феи Хао Цзэн и Цзяньфэн Ян вдохновились семенами одуванчика.
Тем не менее, многие проблемы должны быть решены в первую очередь. Например, как точно контролировать место приземления, как повторно использовать устройства и сделать их биоразлагаемыми? Эти вопросы требуют тесного сотрудничества с учеными-материаловедами и людьми, работающими над микроробототехникой.
Проект FAIRY стартовал в сентябре 2021 года и продлится до августа 2026 года. Он финансируется Академией Финляндии. Летающий робот исследуется в сотрудничестве с доктором Венци Ху из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) и доктором Ханг Чжан из Университета Аалто.
Статья Jianfeng Yang, Hang Zhang, Alex Berdin, Wenqi Hu и Hao Zeng «Вдохновленная одуванчиком, рассеиваемая ветром полимерная сборка, управляемая светом » была опубликована в журнале Advanced Science 27 декабря 2022 года.
