Искусственная человеческая кожа: научатся ли роботы «потеть»
Кожа живых существ постоянно выделяет жидкость. У людей это пот для отвода тепла и избавления от части отходов жизнедеятельности и жир для защиты от микроорганизмов. У рыб — слизь, которая уменьшает трение о воду для увеличения скорости.
Ученые, вдохновленные функционалом кожи, постоянно пытаются создать материал, который смог бы впитывать, а затем выделять жидкие вещества под влиянием внешних управляющих сигналов. Исследователи из Эйндховенского технологического университета во главе с Даньцин Лю разработали и протестировали подобное покрытие, а также подобрали оптимальный запускающий триггер, безопасный для живых существ — радиоволны. Свое творение ученые откроют миру осенью, когда в журнале Matter выйдет соответствующая статья.
Команда разработчиков обнаружила, что жидкие кристаллы, известные по ЖК-мониторам, под действием радиоволн поворачиваются в пространстве в направлении движения радиосигнала. Тогда исследователи решили добавить в материал микропоры, погрузить его в воду, немного подождать, а затем включить радиоисточник и посмотреть, что получится.
Сначала материал впитал в себя жидкость. После включения источника радиоволн молекулы жидких кристаллов выстроились в направлении движения волн: жидкость стала выходить из материала. Ученые заметили, что созданная ими искусственная кожа «потеет» тем больше, чем сильнее радиосигнал. На принципе переменной «любви» к воде под действием внешнего сигнала основано множество современных разработок, в том числе, искусственные «мышцы» для мягких роботов.
Команда обнаружила, что ЖК-материал ведет себя точно также, если направить на него тепло, свет или электричество. В будущем ученые планируют создать комбинированный метод управления свойствами искусственной кожи. Днем она будет выделять жидкость под действием тепла и света, а ночью — из-за радиоволн. Если покрытие со световыми и тепловыми сигналами будет использоваться для отвода тепла, то получится примерно тот же забавный эффект, что и охлаждение материалов с помощью лазера.
Электричество не столь соблазнительный триггер, как радиоволны, свет или тепло. Лю отмечает, что в медицине использование материала, управляемого электрическими сигналами, может быть небезопасным для человека. В то же время радиоволны с частотами от 20 килогерц до 300 гигагерц похожи на сигнал Wi-Fi. Это излучение низких энергий, которое не является ионизирующим. Выбранный диапазон частот привлекателен не только из-за безопасности. В робототехнике устройство, генерирующее подобные волны, легко может быть встроено в роботизированные механизмы, которые уже питаются от переменного электричества такой же частоты.
Где же применить искусственную кожу? Повязки на основе этого материала могут регулировать обработку ран лекарствами: небольшими дозами в течение длительного времени. Части автомобиля, покрытые созданным материалом, могут смазывать сами себя прямо во время движения. Управляющие устройства для игр в виртуальной реальности станут влажными или сухими, чтобы усилить погружение в игровой сюжет и локацию. Наконец, роботы с искусственной кожей смогут «потеть», чтобы охладить механическое тело.
Следующим шагом команды Лю станут эксперименты с различными жидкостями: лекарствами, смазками, спиртом. По оценкам ученых, к 2025 году появится первая модель одежды их материала с регулируемой извне влажностью. Разработка робота с искусственной кожей, вероятно, займет гораздо больше времени. Здесь не все зависит от команды Лю: нужны инженеры, которые построят робота.