Броненосцы вдохновили ученых на создание технологии защиты для мягких роботов

Инженеры Университета штата Северная Каролина, вдохновившись природным защитным механизмом броненосцев, создали конструкцию, способную сворачиваться в прочный шар при внешней угрозе. Разработка предназначена для защиты хрупких электронных компонентов и мягких роботов. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

По словам авторов, в сфере мягкой робототехники и гибкой электроники достигнут серьезный прогресс, однако сами устройства остаются уязвимыми. Руководитель исследования, заслуженный профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Йонг Чжу пояснил, что перед командой стояла цель создать решение, которое позволит хрупким технологиям функционировать и одновременно защищаться при необходимости. Первый автор статьи Цзяньюй Чжоу добавил, что в расслабленном виде структура достаточно гибкая, но при активации превращается в жесткую внешнюю оболочку, пригодную для защиты практически любых сгибаемых объектов.

Новинка получила название «морфовзаимосвязанный защитный модуль» (MIPM). Устройство состоит из трех основных слоев. Внешний экзоскелет выполнен из сегментированных изогнутых пластин на основе 3D-печатной смолы. Средний сенсорно-исполнительный слой включает жидкокристаллический эластомер, сжимающийся при нагреве, тензодатчик из эластичного полимера с серебряными нанопроволоками, расширяющуюся каптоновую ленту и тонкую проводящую ткань, играющую роль нагревателя. Завершает конструкцию эндоскелет из плотной бумаги с выступами, удерживающими жесткие полимерные сегментные чешуйки.

Принцип срабатывания следующий: когда тензодатчик фиксирует прикосновение или удар, он отправляет сигнал на блок управления, а тот подает питание на нагревательный слой. Нагрев заставляет один слой сжиматься, а другой расширяться — вся конструкция изгибается и сворачивается в защитный круг, выставляя экзоскелет наружу. Чжоу уточнил, что по мере сворачивания сегментарные чешуйки эндоскелета сцепляются между собой, формируя прочный внутренний каркас, усиливающий общую устойчивость.

Эксперименты подтвердили работоспособность MIPM: сенсор адекватно реагирует на возрастающую нагрузку и запускает трансформацию в защитную оболочку. Выяснилось также, что увеличение количества сегментов эндоскелета значительно повышает внутреннюю жесткость и прочность. По словам профессора Чжу, команда нашла инженерный компромисс между сегментацией и облегчением конструкции: десять чешуек способны выдерживать нагрузку примерно в десять ньютонов. Разработчики намерены продолжать поиск возможностей для создания гибких и одновременно защитных технологий, вдохновленных природой.