Щупальца осьминога могут двигаться в разных направлениях, но также образуют жесткие структуры, похожие на суставы, для более точных движений. Гусеницы могут передвигаться с помощью движений дюймовых червей, а также сворачиваться и уходить от хищников. Такие возможности позволяют организмам выживать в естественном, необустроенном мире. Однако создание роботов с подобной плавностью движений было непростой задачей.

Но с помощью растяжения - то есть вызванного взаимодействием вакуума  между пучками мелких волокон - команда робототехников разработала "мягких" роботов, которые обладают достаточной ловкостью, чтобы справиться с кубиком Рубика или закрутить крышку на банке. Результаты работы исследователей под руководством Ребекки Крамер-Боттильо, доцента кафедры машиностроения и материаловедения Джона Дж. Ли, опубликованы в научном журнале Science Advances.

Ключевым моментом в роботах исследователей  Йе́льского университе́та, США является то, что их сервоприводы - устройства, превращающие энергию в механическую работу - объединены с волокнами, которые могут быстро становиться твердыми. "В отличие от роботизированных систем, использующих несколько актуаторов, которые активируют подмножество таких приводов в зависимости от желаемой конфигурации тела и поведения, мы разработали инвертированный подход, при котором один актуатор может достигать множества траекторий за счет моделирования и управления свойствами материала на поверхности исполнительного звена", - говорит Крамер-Боттильо.

Типичные пневматические мягкие приводы включают в себя фиксированные структуры из более жесткого материала, поэтому при запуске приводы двигаются только в одном запрограммированном направлении. "Но с помощью зажатия волокон мы можем поместить эти волокна, регулирующие жесткость, вокруг актуатора, так что вы можете выбирать, какая часть становится жесткой", - говорит Билидж Янг, аспирант лаборатории Крамера-Боттильо и ведущий автор исследования. Волокна, зажатые силой вакуума, обеспечивают повышенную жесткость на разных сторонах робота".

"Избирательное изменение жесткости цилиндрического привода позволяет ему двигаться практически в любом направлении, что имитирует работу биологической системы", - сказал Янг. "Это делает нас на шаг ближе к имитации того, что может сделать природа".

Обычные роботизированные устройства захвата имеют ограниченный диапазон движения. Однако система растягивающихся волокон обеспечивает достаточный контроль, чтобы робототехники смогли создать ловкое захватывающее устройство, похожее на человеческую руку. Каждый из роботизированных пальцев устройства имеет свой собственный набор волокон, что обеспечивает ему несколько типов движений. В зависимости от того, какие волокна зажимаются, роботизированные пальцы демонстрировали три различных режима захвата: "щипковый захват" для захвата относительно небольших предметов, движение "наружу-крюк" для захвата внутренних частей вогнутых предметов и скручивающее движение. Используя три режима захвата по отдельности, манипулятор смог взять кубик Рубика, поднять миску и закрутить крышку с банки.

При использовании волокон для зажатия при растяжении режимы жесткости могут меняться менее чем за десятую долю секунды. Такая маневренность позволяет исследователям достичь своей следующей цели - изготовить листы, изменяющие форму, и динамически управлять кривизной поверхности роботов с помощью этой системы.