Инженеры-механики из Университета штата Северная Каролина собрали мягкого робота, который не умеет останавливаться. Похожая на браслет конструкция скручивается, прыгает, приземляется — и тут же начинает скручиваться заново. Единственное, что ей нужно, — инфракрасный свет. Ни моторов, ни батареи, ни управляющей программы.
Источник изображения — popsci.com
Устройство назвали Ring Leaper. По форме оно напоминает каплю: кольцо из жидкокристаллического эластомера и жёсткий алюминиевый «хвост» в форме буквы V на конце. Мягкая лента сжимается под инфракрасным излучением, скручивается всё туже и накапливает упругую энергию — ровно до критического порога, за которым складывается на металлическую часть. В этот момент V-образный элемент резко распрямляется, бьёт по земле и подбрасывает робота вперёд или вверх.
Почему он не останавливается
Самое интересное начинается после приземления. Как только хвост отработал удар, лента немедленно принимается закручиваться снова — и цикл повторяется без внешнего вмешательства. Исследователи описывают это как систему, которая автономно накапливает, высвобождает и повторно использует упругую энергию. Никакой электроники в контуре нет: роль «двигателя» играет свет, роль «пружины» — сам материал.
Прыгает конструкция бодро. Крошечный Ring Leaper берёт высоту, превышающую 80 собственных ростов. Чтобы прочувствовать масштаб: для человека ростом чуть больше двух метров это был бы прыжок примерно на 165 метров — выше пятидесятиэтажного дома. Результаты работы опубликованы в журнале PNAS.
Ring Leaper берёт барьеры и плавает по-лягушачьи
Испытания не ограничились стерильной лабораторией. Робот справляется с травой, камнями и мульчей — то есть с реальной пересечённой местностью в миниатюре. Он даже умеет плавать, пусть и условно: в опыте с мелкой ванной под инфракрасной лампой конструкция начинала привычный цикл скручивания, слегка выскакивала из воды и постепенно продвигалась вперёд, как лягушка.
Пару невысоких барьеров Ring Leaper тоже преодолел, хотя на первом слегка кувыркнулся. А врезавшись в высокую стену, робот отскочил назад и продолжил прыгать в обратном направлении — получилось что-то вроде зеркального отражения траектории. Стоит подчеркнуть: ничего из этого не запрограммировано. Ring Leaper просто прыгает.
Управление тоже подкупает простотой. Режим движения задаётся углом раскрытия алюминиевой V-образной трубки в основании. Угол шире 120 градусов даёт ползущее движение, 90 градусов — прыжок вперёд по-лягушачьи, а сужение до менее 50 градусов превращает робота в вертикальный прыгун. Второй регулятор — интенсивность самого излучения: больше света означает больше энергии в цикле.
«Дальность прыжка можно увеличить, добавив немного веса на скруглённый конец капли, — отмечают авторы работы. — Это смещает центр масс и делает движение вперёд более мощным и устойчивым — примерно как пловец наклоняется вперёд перед стартовым прыжком с тумбы».
А зачем это нужно
Честный ответ на сегодня — незачем. Как и множество важных научных работ за последние десятилетия, робот сделан потому, что его можно было сделать, без очевидного коммерческого применения. Но бесполезным его назвать нельзя: это рабочее доказательство концепции самовосстанавливающегося прыжка — механизма, который перезаряжается сам, без отдельного взводящего привода.
Именно такие элементы интересны для будущих микророботов, где на полноценный двигатель и аккумулятор просто нет места и веса. Питание «внешним полем» вместо батареи — направление, к которому подступаются с разных сторон, и мягкие эластомеры здесь один из самых недорогих путей.
