Metabot z Princetonu: Materiál, který se hýbe jako robot bez motoru

Představte si materiál, který se dokáže sám ohýbat, kroutit, rozšiřovat a pohybovat – a to vše bez jediného motoru, převodovky nebo elektroniky uvnitř. Vědci z Princetonské univerzity právě takový zázrak stvořili. Nazvali ho metabot a kombinuje prvky robotiky, fyziky, geometrie a materiálového inženýrství do jednoho revolučního celku.

Na první pohled může metabot připomínat futuristický výtvor z filmu Transformers. Ale místo fantazie stojí za ním vědecká realita, konkrétně inspirace tradičním origami. Vědci se rozhodli využít tzv. Kreslingovy vzory – geometrii papírových trubic, které se kroutí a stlačují ve specifických směrech. Spojením těchto struktur a magneticky řízených kompozitů vytvořili modulární metamateriál, jenž se dokáže přetvářet a pohybovat.

Každý modul je tvořen zrcadlovými obrazci, tzv. chiralitními jednotkami, které reagují rozdílně v závislosti na směru síly. To dává metabotu schopnost vykonávat velmi složité a specifické pohyby – a to jen díky změnám vně aplikovaného elektromagnetického pole.

Metabot je v podstatě plastová trubice s vnitřními výztuhami. Při působení magnetického pole se její části zkrucují, zhroutí nebo vyskočí do nové polohy – podobně jako skládačka. Magnetické pole slouží zároveň jako zdroj energie i řídicí signál, což je v robotice ojedinělý koncept.

„Každý jednotlivý pohyb je velmi jednoduchý. Ale když je spojíte, může výsledné chování připomínat složitý robotický mechanismus,“ vysvětluje profesor Minjie Chen z Princetonu.

Podle výzkumníků je potenciál metabotů mimořádně široký. V mikroskopickém měřítku by mohly jednou fungovat jako lékařští roboti, kteří dopraví léky přesně tam, kde jsou potřeba – nebo pomohou při rekonstrukci kostí a tkání. Jeden z prototypů byl vyroben pomocí laserové litografie a měří pouhých 100 mikronů – tloušťku lidského vlasu.

Další aplikace sahají až k termoregulaci, kdy materiál přepíná mezi černým (pohlcujícím) a bílým (odrazivým) povrchem, čímž mění teplotu podle slunečního záření. Experiment ukázal možnost regulovat povrch z 27 °C na 70 °C a zpět.

A co třeba antény, čočky, nebo optická zařízení? Díky své schopnosti ovlivnit chování světla může metabot najít využití i v oblasti fotoniky.

Zajímavý fenomén, který metabot nabízí, je tzv. hystereze – chování, kdy výsledek závisí na posloupnosti předchozích akcí. V praxi to znamená, že materiál se může při zkrutu ve dvou různých směrech chovat asymetricky – například se opakovaně „hroutit“ místo toho, aby se vrátil do původního stavu.

„Obvykle, když zkroutím gumový nosník tam a zpátky, vrátí se, odkud přišel. Ale náš metabot se může zachovat úplně jinak. Tato nelineární odezva napodobuje složité systémy z fyziky, strojírenství i ekonomiky,“ říká vedoucí výzkumu Glaucio Paulino.

Teoreticky by mohl být metabot základem fyzických logických obvodů, které dnes známe jako transistorové brány v počítačích. Namísto elektronických signálů by rozhodnutí a výpočty probíhaly pohyby a deformacemi v materiálu.

Podle profesora Davide Bigoniho z italské univerzity v Trentu je výzkum průlomový a může znamenat paradigmatický posun v oblastech od měkké robotiky po vesmírné technologie.

Zdroj: ScitechDaily.com (odkaz)