Ученые Массачусетского технологического института (MIT) создали роботов-шмелей, которые могут выдерживать серьезные повреждения искусственных мышц и сохранять способность к эффективному полету. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science Robotics.
Исследователи были вдохновлены выносливостью настоящих шмелей, которые, несмотря на частые столкновения с различными препятствиями, такими как лепестки цветка, и повреждения крыльев, все еще способны летать, даже невзирая на потерю 40 процентов крыла. Напротив, летающие роботы не так устойчивы к повреждениям крыльев или лопастей пропеллеров.
Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали механизмы саморемонта, которые позволяют роботу размером с жука сохранять способность к полету так, как это делают насекомые. В MIT были разработаны эластичные искусственные мышцы, которые приводят крылья в движение и сохраняют летные характеристики после ударов или намеренных повреждений. Мышцы сделаны из нескольких слоев диэлектрического эластомера, которые зажаты между двумя электродами. При подаче напряжения электроды заставляют эластомер изгибаться, взмахивая крылом.
Микроскопические дефекты могут приводить к искровым разрядам, которые сжигают эластомер и выводят устройство из строя. Однако если приложить к дефекту высокое напряжение, то это отключает локальный электрод и изолирует дефект, позволяя искусственной мышце продолжать исправно работать. Это явление известно как самоочищение (англ. self-clearing). Инженеры увеличили эффективность самоочищения, оптимизировав концентрацию углеродных нанотрубок, из которых состоят электроды.
Другой проблемой являются крупные дефекты, которые нельзя устранить даже с помощью оптимизации нанотрубок. Для их устранения инженеры воспользовались лазером, который наносит мелкие повреждения по периметру большого дефекта. Это позволяет процессу самоочищения изолировать серьезные повреждения. Для проверки, правильно ли проведена изоляция, в мышцы были включены электролюминесцентные частицы в приводе, которые светятся при работе электродов и испускают света в изолированных областях.
Эксперименты показали, что даже с поврежденным диэлектриком методы ремонта позволили роботу сохранить свои летные характеристики с погрешностями высоты, положения и ориентации, которые лишь незначительно отличались от погрешностей неповрежденного робота. С помощью «лазерной хирургии» эластомерные мышцы восстановили 87 процентов своей производительности.
