Исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе продемонстрировали самого маленького в мире дистанционно управляемого ходячего робота размером всего в полмиллиметра. Такие крошечные механизмы способны изгибаться, скручиваться, ползать, ходить, переворачиваться и прыгать без использования гидравлики или электричества.

Этими крошечными роботами-крабами можно управлять дистанционно, используя нагрев для деформации сплавов с памятью формы. Northwestern University

Роботы построены с использованием сплавов с памятью формы, которые при необходимости легко деформируются. Нагревание таких сплавов приводит к тому, что они возвращаются к своей первоначальной форме, а тонкое напыление из стекла помогает восстановить деформированную форму, после того как нагрев прекращается.

В данном случае тепло подавалось сканирующим лазером, который проходил над крабами, нагревая сплав. Поскольку крабы очень маленькие, тепло рассеивается невероятно быстро, благодаря чему механизмы обладают удивительно быстрым временем отклика (примерно  10 циклов в секунду). Направление сканирующего лазера определяет направление движения (луч лазера перемещается  вправо, и крабы движутся вправо) исключительно за счет синхронизации движений ног. При этом средняя скорость перемещения микророботов составила половину длины их тела в секунду.

При ширине всего в полмиллиметра эти крабы могут двигаться со скоростью половины длины своего тела в секунду. Northwestern University

Кроме того, ученые попробовали использовать другие геометрии, в том числе водоплавающие треножные структуры, которые вращались с помощью сканирующего лазера; конструкции, способные прыгать, скручиваться и совершать другие движения. 

Процесс производства довольно интересен - разработчики изготовили роботов в виде плоских структур, (причем именно в нагретом состоянии). Затем они приклеили эти плоские структуры к растянутой резиновой подложке. Далее резину сжали, уменьшив площадь опоры и заставив роботов приподняться в управляемом процессе деформации, который привел их в окончательное, трехмерное ("холодное") положение. После чего для удержания формы на механизмы было нанесено стеклянное напыление.

Крошечные животные изготавливаются по технологии, вдохновленной детскими книжками формата pop-up. Northwestern University

"Робототехника - захватывающая область научной деятельности, а разработка микромасштабных роботов - интересная тема для академических исследований", - сказал профессор материаловедения и инженерии Джон А. Роджерс, руководитель данного эксперимента. "Вы можете представить себе микророботов в качестве агентов для ремонта или сборки небольших конструкций или машин в промышленности или в качестве хирургических помощников для очистки закупоренных артерий, остановки внутреннего кровотечения или удаления раковых опухолей и все это в рамках минимально инвазивных процедур". 

Конечно, для того чтобы представить их в таком качестве, необходимо придумать, как добиться направленного лазерного излучения в столь крошечных пространствах, для работы в которых они предназначены - а это не так-то просто. Так что впереди еще много работы.

Кстати, а почему именно крабы? "С помощью этих методов сборки и концептуальных материалов мы можем создавать шагающих роботов практически любых размеров и трехмерных форм", - сказал Роджерс. "Но студентов вдохновило и позабавило перемещение крошечных крабов боком. Это был просто творческий каприз".

Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.

Источник: Северо-Западный университет, Journal Science Robotics
(https://news.northwestern.edu/stories/2022/05/tiny-robotic-crab-is-smallest-ever-remote-controlled-walking-robot/)