Робот-мотылёк вырастил внутри себя датчик ультрафиолета и научился реагировать на свет
iXBT.com ·
Учёные создали робота в форме мотылька, который способен формировать новые функциональные элементы прямо внутри собственного корпуса. С помощью искусственной системы кровообращения химические компоненты доставили к крылу и под действием ультрафиолета синтезировали там светочувствительный материал. После этого робот научился обнаруживать УФ-излучение и реагировать на него движением крыльев или световыми сигналами.
Разработку представили учёные Тартуского университета в Эстонии и Итальянского технологического института (Istituto Italiano di Tecnologia). Результаты опубликованы в журнале Advanced Science. Авторы называют работу доказательством принципиальной возможности создавать новое оборудование внутри уже собранного робота, а не устанавливать готовые модули до начала эксплуатации или добавлять их позднее.
Конструкция имитирует открытую систему кровообращения насекомых. У мотыльков и других насекомых гемолимфа — циркулирующая жидкость — проходит по телу и жилкам крыльев, доставляя необходимые вещества к тканям. В роботизированной версии эту функцию выполняют напечатанные на 3D-принтере каналы и сеть более мелких проницаемых участков. Один насос прокачивал через корпус около 3 мл жидкости с химическими предшественниками будущего датчика.
Основой нового чувствительного элемента стал полипиррол — электропроводящий полимер, который синтезировали непосредственно в пластиковой матрице из PETG. Жидкая смесь проникала в материал примерно на 10 мкм, после чего локальное облучение ультрафиолетом запускало фотополимеризацию. Участки, попавшие под излучение, темнели и приобретали электрическую чувствительность к ультрафиолету. С помощью физической маски учёные задавали расположение будущего датчика с точностью до 0,3 мм.
При попадании УФ-света электрическое сопротивление сформированного материала временно снижалось. Встроенный микроконтроллер регистрировал изменение и запускал заранее предусмотренную реакцию: включал светодиодную индикацию или приводил в движение крылья. Таким образом, химически созданный датчик замыкал локальную цепь управления, которой у робота не было до формирования нового материала.
У датчика обнаружилось и своеобразное материальное запоминание предыдущих воздействий. Остаточные химические компоненты продолжали реагировать после первоначального синтеза, поэтому при повторных облучениях чувствительность материала менялась. Это не программная запись истории сигналов, а изменение самой структуры полимера. Работоспособность датчиков сохранилась после более чем четырёх месяцев хранения.
Однако до автономной адаптации роботов ещё далеко. В эксперименте учёные сами запускали циркуляцию химической смеси, выбирали участок для синтеза с помощью маски и заранее программировали контроллер на ожидаемую реакцию. Более того, использовался один заранее заданный химический путь, а сформированный датчик нельзя было удалить или перестроить обратно. Ультрафиолет одновременно служил и условием образования чувствительного материала, и сигналом, который тот впоследствии обнаруживал.
Авторы рассматривают систему как основу для более сложной робототехники, в которой новые функции будут возникать благодаря химическим реакциям внутри корпуса. Для этого предстоит научиться использовать другие материалы, стимулы и реакции, а также связать локальное формирование компонентов с самостоятельными решениями робота о том, какие именно функции ему нужны. Пока работа демонстрирует только один заранее подготовленный вариант такой адаптации.