Инженеры разработали мягкого робота на основе оригами без использования моторов

Исследователи из Принстонского университета создали уникальную систему, которая позволяет мягким роботам двигаться без привычных двигателей, шестерен или внешних пневматических насосов. В основе разработки лежат принципы древнего искусства оригами и использование инновационных термочувствительных материалов. Движение осуществляется за счет сочетания передовых полимеров, гибкой встроенной электроники и точно просчитанной геометрии складок.

Преимущества мягкой робототехники

Мягкая робототехника — это перспективное направление, ориентированное на создание устройств из гибких и легко деформируемых материалов. Такие роботы обладают высокой адаптивностью, что делает их незаменимыми для выполнения специфических задач, с которыми не справляются жесткие механизмы:

• Манипуляции с хрупкими и деликатными объектами.
• Перемещение в крайне ограниченном пространстве.
• Использование в медицине в качестве имплантатов или систем адресной доставки лекарств внутри человеческого тела.

Основной проблемой существующих мягких роботов долгое время оставалась их зависимость от внешних приводов или громоздких пневматических систем, что ограничивало их миниатюризацию. Инженеры из Принстона решили эту задачу, объединив материаловедение и проектирование сложных складных структур.

Технология программируемого движения

Ключевым элементом конструкции стал жидкокристаллический эластомер — особый полимер, обладающий упорядоченной молекулярной структурой. С помощью специализированного 3D-принтера исследователи настраивали ориентацию молекул в различных зонах материала непосредственно в процессе печати. Это позволило создать участки, которые по-разному реагируют на термическое воздействие.

Фактически инженеры встроили «петли» прямо в структуру полимера. При нагревании эти зоны сокращаются предсказуемым образом, заставляя робота складываться или раскладываться в соответствии с заранее заданной последовательностью действий.

Интеграция электроники и управление

Для точного управления нагревом в материал были интегрированы гибкие печатные платы. В отличие от традиционных методов, где электроника крепится поверх устройства, в данной разработке нагревательные элементы вживлялись в структуру во время 3D-печати. Такой подход упрощает производство и делает робота максимально компактным.

В систему также встроены датчики температуры, которые передают данные в управляющее программное обеспечение. Это позволяет в режиме реального времени корректировать движения и компенсировать мелкие ошибки, возникающие при многократных циклах трансформации.

Демонстрация и перспективы

Для демонстрации возможностей технологии авторы проекта создали робота в форме классического японского журавлика. Механическое «оригами» способно махать крыльями по команде и возвращаться в исходное состояние без видимого износа или деформации материала. В обзоре отмечается, что хотя это лишь прототип, он полностью доказывает жизнеспособность концепции безмоторного движения.

Отказ от механических узлов открывает путь к созданию полностью автономных и миниатюрных мягких систем. На данный момент разработка находится на стадии эксперимента, однако используемые методы производства и коммерчески доступные материалы позволяют рассчитывать на легкую масштабируемость технологии в будущем.