Исследование предложило принципиально новый, системный подход к созданию мягкого искусственного «мускула», который способен самостоятельно распознавать и устранять повреждения, которые вызваны проколами или сильным давлением. Это позволит решить одну из главных проблем в области биомиметики — неспособности большинства мягких систем не только распознавать повреждения, но и инициировать процесс восстановления без вмешательства извне.
«Тела человека и животных удивительны. Мы можем порезаться, получить ушиб или даже более серьезные травмы. И в большинстве случаев, нередко вообще не требуя повязок и лекарств, наш организм самостоятельно восстанавливается после повреждений», — говорит руководитель проекта, инженер Эрик Марквика. «Если бы мы могли воспроизвести эти процессы в синтетических системах, это стало бы настоящей революцией в робототехнике».
Разработанный учеными «мускул» — часть робота, которая преобразует энергию в физическое движение — состоит из трех слоев. Нижний — слой обнаружения повреждений — представляет собой мягкую электронную оболочку, которая состоит из микрокапель жидкого металла, встроенных в силиконовый эластомер. Эта оболочка приклеена к среднему слою, самовосстанавливающемуся компоненту, который представляет собой жесткий термопластичный эластомер. Сверху находится активирующий слой, который запускает движение мышцы при давлении воды.
Когда происходит повреждение нижнего слоя, система регистрирует его с помощью тока, проходящего через датчики. При этом образуется электрическая сеть, которая используется как источник локального нагрева: тепло расплавляет средний слой, а он затем закрывает «рану», восстанавливая целостность материала. Таким образом следы повреждений «стираются», что возвращает систему в исходное состояние, после чего она может повторно реагировать на новые повреждения.
В основу разработки легло явление электромиграции — процесс, при котором электрический ток заставляет металлические атомы перемещаться. Обычно этот процесс считается негативным, так как он со временем приводит к разрушению микросхем, но Марквика и его команда впервые применили его с пользой: благодаря электромиграции удается разорвать сформировавшиеся пути, проводящие ток, что «обнуляет» систему и готовит ее к следующему циклу самовосстановления.
Разработка ученых имеет огромный потенциал во множестве отраслей. Например, на открытой местности роботы нередко сталкиваются с острыми предметами — ветками, стеклами, камнями. Новая технология поможет им продолжать работу без необходимости постоянного технического обслуживания. Также она может оказаться полезной для носимых медицинских устройств, которые ежедневно подвергаются механическим нагрузкам.
Кроме того, самовосстанавливающиеся материалы помогут снизить объемы электронных отходов — одной из главных экологических проблем современности. Устройства, которые способны к самостоятельному ремонту, прослужат дольше, сократят потребление ресурсов и уменьшат количество токсичных веществ, попадающих в окружающую среду.
Ранее ученые создали уникальный чип с настоящими кровеносными сосудами.
