Новый материал, получивший название «метабот», представляет собой метаматериал — структуру, свойства которой определяются не химическим составом, а геометрией. В данном случае инженеры вдохновились искусством оригами и использовали простые пластиковые компоненты и специально созданные магнитные композиты. Управляя материалом с помощью внешнего магнитного поля, исследователи смогли заставить его изгибаться, расширяться и двигаться по команде.
По словам профессора Глаусио Паулино, одного из авторов работы, метабот — это больше, чем просто подвижный объект. Это структура, которая может трансформироваться и выполнять сложные действия за счет правильной архитектуры и точного электромагнитного воздействия. Он подчеркивает, что такая система объединяет в себе передачу энергии и сигнала одновременно, благодаря чему можно создавать сложные конструкции из простых модулей.
Основу метабота составляют крошечные модули, собранные по зеркальному принципу — хиральности, то есть каждая ячейка модуля имеет своего симметричного «близнеца». Именно эта особенность позволяет конструкции выполнять нетривиальные движения: сжиматься, крутиться, изгибаться и даже реагировать по-разному в зависимости от последовательности воздействий. Например, устройство может складываться при вращении в одну сторону, а затем либо вернуться в исходное положение, либо, при измененной последовательности сигналов, сложиться еще сильнее. Это поведение моделирует гистерезис — эффект, при котором реакция системы зависит от ее предыдущего состояния.
Особое внимание исследователи уделили геометрии конструкции: использовались трубчатые элементы, созданные по принципу оригами-структур — их также называют узорами Кресслинга. Эти элементы при сжатии закручиваются, а при закручивании сжимаются, создавая механическую основу для сложных движений. Соединенные в пары зеркальных трубок, они формируют длинный цилиндр, каждая часть которого управляется отдельно.
У метаботов множество перспектив для применения в самых разных областях. Структуры размером до 100 микрон могут быть использованы для доставки лекарств в труднодоступные участки организма или в хирургии для восстановления тканей и костей. Такой материал может служить терморегулятором: переключаясь между поглощающей свет черной поверхностью и отражающей, метабот в ходе эксперимента изменял температуру поверхности с 27 до 70 градусов Цельсия под воздействием солнечного света.
Ученые предполагают, что в будущем подобные метаматериалы могут использоваться в создании антенн, линз и других оптических устройств, а также стать основой для физических аналогов логических схем, которые используются в компьютерах. Возможность моделировать сложные системы из простых модулей-метаботов открывает путь к новым вычислительным и инженерным решениям.
Ранее ученые разработали уникальное стекло для передовой оптики: все дело в особом «ингредиенте».
