Растения обладают сложной молекулярной структурой, в рамках которой происходят процессы, которые, похоже, можно также применить в таких сугубо механических объектах, как силовые приводы и моторы для роботов. Ученые проводят абсолютно гениальные параллели, сочетая инновационные технологии 3D-печати для создания «умных» пористых материалов, которые реагируют на давление и опухание, двигаясь особенным образом, как это происходит в растениях.
«Мы можем точно контролировать макроскопическое расширение, изменяя форму и расположение клеток, – говорит Джон Данлоп, глава исследовательской группы по изучению биомиметических механизмов управления и роста тканей в Институте Макса Планка в Потсдаме. – Нам удалось получить очень гибкий инструмент управления, который можно использовать, например, для максимально точного формирования и перемещения компонентов».
Эти исследования допускают возможность интуитивного движения роботов, а сама концепция повторяет механизм выбрасывания растениями своих семян – для этого они закрывают или расширяют семенные коробочки, в зависимости от того, насколько благоприятны условия для размножения. В природе при определенной погоде появляется влага, которая создает давление на растения, поглощающие ее, – в связи с этим растения освобождают семена или удерживают их, в зависимости от конкретного вида.
«Подходящим примером могут стать коробочки растений из семейства Аизовых, – говорится в работе. – В каждой коробочке содержится пять секторов, закрытых листками, которые приводятся в действие гигроскопическими лодочками, способными сильно раздуваться. Получив значительное количество воды, лодочки натягиваются примерно до 300%, тем самым открывая коробочку и освобождая семена. Активная ткань обладает повторяющейся структурой, похожей на соты и состоящей из анизотропных клеток с внутренним целлюлозным слоем, способным значительно увеличиваться в размерах».
Основываясь на идее структуры, подобной сотам, исследователи сымитировали эту концепцию, разработав и напечатав на 3D-принтере пористый материал, напоминающий ткани растений. Изучив три варианта динамики сот, ученые создали собственную восьмиугольную фигуру, с помощью которой можно было добиться «шаговой структуры». Шарнирная система позволяет клеткам расширяться, преобразовываться и трансформироваться более эффективно, в зависимости от давления или его отсутствия.
Инженеры работали непосредственно над 3D-печатью совместно с учеными и коллегами из Гарварда. Используя 3D-принтер, печатающий разными материалами, они смогли воспроизвести необходимую структуру сот. Затем инженеры применили растворитель, экспериментируя с созданием давления и последующим расширением и движением полученной конструкции.
По словам команды, проект все еще находится в разработке, но материал для 3D-печати вполне может содействовать переходу робототехники на новый уровень, поскольку «умные» материалы могут вытеснить неуклюжие электронные машины. Напечатанные на 3D-принтере пористые полимеры – это абсолютно новая концепция в рамках этой технологии, поскольку в ее основе лежит идея движения, обусловленного органическими процессами.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение