Команда инженеров из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета представила результат своих многолетних трудов — робота-оригами, который способен самостоятельно принимать произвольную конфигурацию и передвигаться без посторонней помощи.

«Самое удивительное заключается в том, что мы создали устройство со встроенной способностью к вычислению, несмотря на то, что производство его деталей было столь простым и дешёвым. Когда наш робот-оригами принимает объёмную форму, он как бы обретает третье измерение и делает это именно вследствие своей вычислительной способности», — говорит соавтор исследования Даниэла Рус (Daniela Rus) из Массачусетского технологического института.

На Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации учёные представили концепцию термостойкого робота-оригами, который самостоятельно собирался бы при постепенном нагревании. В итоге они создали конструкцию, которая нагревается за счёт подачи тока по электрическим проводам, которые передают тепло и инициируют свёртывание.

Робот состоит из пяти слоёв материалов, каждый из которых был вырезан посредством лазерной резки. Средний слой состоит из меди и сложной сети электрических проводов, их окружают два слоя бумаги, а наружные слои состоят из полимера с памятью формы, который складывается при нагревании.

После создания основной конструкции исследователи прикрепили к внешней поверхности робота небольшие моторчики и микропроцессор. Рус и её коллеги отмечают, что прототип был создан вручную, однако в условиях промышленного производства можно будет автоматизировать процесс создания робота-оригами.

«Тонкость работы заключается ещё и в том, что всей системой конечностей робота может управлять один мотор», — рассказывает Рус в пресс-релизе.

Инженеры экспериментировали с различными вариантами и в итоге пришли к заключению, что оптимальное число моторов — это два. Каждый двигатель контролирует пару ног робота и оба они управляются микропроцессором. Каждая нога, в свою очередь, имеет восемь механических «связей», и динамика этих связей преобразует силу двигателя в движение.

«Эта конструкция обладает всего одной степенью свободы. Но её достаточно для механики», — поясняет Рус.

Для обеспечения автономности робота-оригами Рус и её коллеги разработали алгоритм, который может автоматически конвертировать любую описанную в цифровом виде трёхмерную форму в паттерн для свёртывания конструкции робота. Затем учёные провели испытания уже полностью доработанного прототипа.

Эксперимент прошёл крайне успешно: плоская «бумажка» при нагреве до 100 градусов по Цельсию внезапно начала обретать трёхмерные формы и превратилась в робота всего за четыре минуты, после чего поскакала прочь со скоростью 5,4 сантиметра в секунду. Более того, она может поворачиваться на 150 градусов, однако Рус и её команда хотят увеличить эту цифру до 180.

Говоря о потенциальных применениях такой технологии, исследователи отмечают в статье журнала Science, что таким образом можно будет создавать самособирающуюся мебель будущего, а также строить временные убежища для людей, пострадавших от природных и техногенных катастроф.