Ученые из Исследовательской лаборатории ВВС США под руководством Бенджамина Тремла (Benjamin Treml) разработали оригами-триггер, который может быть использован в конструкции мягких роботов. Подробности о проделанной работе опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. В качестве сигналов на двух входах механического триггера исследователи использовали градиент влажности.

Современные мягкие роботы по-настоящему мягкими считаться обычно не могут. Дело в том, что автономные такие системы содержат в себе проводящие линии и процессоры, сделанные из твердых материалов, что и нарушает концепцию мягких роботов. Оригами-триггеры, разработанные учеными из Исследовательской лаборатории ВВС США, могут быть выполнены из мягких материалов и интегрированы в конструкцию мягких же роботов. При этом такие устройства позволят реализовать относительно простую механическую логику, в которой логические 0 и 1 будут задаваться формой самого триггера.

Схема оригами-триггера типа SR и присвоенные ему состояниям логические значения. B. Treml et al./ PNAS, 2018

Триггер представляет собой простое электронное или механическое устройство, способное на протяжении долгого времени сохранять одно из двух состояний. То или иное состояние определяется внешними сигналами, подаваемыми на входы триггера, причем после исчезания сигналов, состояние устройство все равно сохраняется. Сегодня на базе триггеров выполняются различные интегральные схемы, начиная относительно простыми счетчиками и заканчивая сложными процессорами.

Механическое устройство, созданное американскими исследователями, представляет собой полимерный квадратный лист из PEDOT:PSS с заданными линиями сгибов (два креста под углом 45 градусов друг к другу). Такой полимерный лист способен «вспучиваться» или наоборот «втягиваться» под действием градиента влажности (уровень влажности среды на противоположных его плоскостях различается). Исследователи определили, что если лист прижимается к поверхности своим центром, то это логический 0, а если упирается в нее краями, то — логическая единица.

По сути один такой оригами-лист представляет собой простой асинхронный триггер SR-типа (Set/Reset, установить/сбросить). В таком триггере для изменения состояния необходимо подавать разные сигналы на входы. При подаче одинакового сигнала состояние триггера изменяться не будет. Исследователи полагают, что в будущем на основе таких простых механических триггеров можно будет создавать мягких роботов на основе механологических систем, способных реагировать на состояние окружающей среды.

Механическая передача данных по цепочке триггеров. B. Treml et al./ PNAS, 2018

Во время экспериментов исследователи, объединяя несколько оригами-листов, смогли создать разные механологические системы, реагирующие на градиент влажности. Одни из этих систем позволяли лишь механически передавать информацию об окружающей среде от начала цепочки к ее концу (речь идет о примитивных данных — наличие или отсутствие градиента), а другие были способны изгибаясь ползти при изменении влажности на разных сторонах оригами-листов. В качестве сигнала использовался градиент влажности от 5 до 85 процентов — повышенный показатель на одной стороне листа и пониженный — на другой.

В апреле текущего года американские ученые представили прототип прозрачного мягкого подводного робота, способного передвигать в воде подобно угрю. Жидкостные электроды позволяют ему практически бесшумно плыть со скоростью до двух миллиметров в секунду. Основными компонентами нового робота стали диэлектрические упругие актуаторы, каждый из которых сделан из трех прозрачных полиакрилатных слоев. Между собой слои в актуаторе разделены плоскими камерами, заполненными жидкостью и связанными с внешним источником тока.

При подаче напряжения жидкость в камере выполняет роль внутреннего электрода, а вторым, внешним, электродом становится окружающая жидкость. На находящийся между двумя жидкостными электродами слой полиакрилата таким образом подается разность потенциалов, в результате чего этот слой расширяется и актуатор изгибается. Подавая нужное напряжение на один из двух каналов, можно заставить актуатор изгибаться в разные стороны.

Автор: Василий Сычёв