Деревянные руки для робота: необычное изобретение
Обычно конструкторам роботов приходится выбирать между манипуляторами из мягкой резины или из твердого металла. Первые хорошо захватывают хрупкие предметы, не ломая их, но плавятся при воздействии высоких температур. Последние гораздо более устойчивы к жаре, но их прикосновения весьма жесткие и не подходят для многих операций.
Во главе с зам. профессора Тан Сви Чинг, исследователи из Национального университета Сингапура, объединились с коллегами из Северо-восточного лесного университета Китая, чтобы разработать уникальный деревянный манипулятор.
Ученые начали с полосок канадского клена толщиной 0,5 мм, которые они обработали хлоридом натрия, чтобы удалить весь лигнин (органический полимер, который составляет большую часть клеточных стенок древесины). Затем они заполнили поры, оставленные отсутствующим лигнином, полимером, известным как полипиррол, который хорошо поглощает тепло и свет.
Далее на одну сторону каждой полоски был нанесен слой паропоглощающего геля на основе никеля, а на другую – гидрофобную (водоотталкивающую) пленку. Наконец, полоски помещали в нагретые формы и формировали изогнутые «пальцы». Затем эти пальцы были объединены в роботизированную руку.
Когда придатки помещали в среду с относительной влажностью 95%, гель на их нижней стороне расширялся, поглощая водяной пар, заставляя их изгибаться наружу.
Однако, когда они были помещены в среду, нагретую до температуры более 70 ºC, вода испарялась из геля, что приводило к его усадке. В свою очередь, это заставляло пальцы смыкаться внутрь. Точно так же, когда гель был нагрет под воздействием сильного источника света, он сжался и заставил пальцы закрыться.
Экспериментальная модель смогла поднять 200-граммовый груз при температуре окружающей среды 170 ºC без возгорания — хотя, безусловно, длительное тепловое воздействие рано или поздно выведет деревянную конструкцию из строя.
«Наш деревянный роботизированный захват может самопроизвольно растягиваться и сгибаться в ответ на воздействие влаги, тепла и света, — отметил Чинг. — Он также обладает хорошими механическими свойствами, способностью выполнять сложную деформацию, широким диапазоном рабочих температур, низкой стоимостью производства и биосовместимостью. Эти уникальные особенности отличают его от обычных альтернатив».
Конечно, можно задаться вопросом, как заставить захват открываться и закрываться по команде, а не просто бесконтрольно реагировать на окружающую среду?
«Захват и освобождение деревянных роботизированных захватов может быть достигнут путем разработки некоторых устройств и вспомогательного оборудования, — рассказал Чинг. — Например, к дереву можно добавить несколько проводов, чтобы осуществлять сгибание под внешним напряжением при их нагревании; или же нагревательную пластину можно поместить рядом с захватом для дерева, чтобы заставить его изгибаться. Лазер и лампа накаливания также могут быть использованы для облучения поверхности дерева, чтобы создать тепло для контроля сгибания и захвата. Помимо этого, мы также можем распылять воду вокруг/на поверхности дерева, чтобы оно растягивалось для высвобождения объекта».