Схожі на Lego. Роботи отримали спеціальні блоки, які змінюють жорсткість і рух

Інженери з Університету Дьюка створили спеціальні блоки, схожі на Lego, які можуть змінювати свої механічні властивості за потреби.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Ці блоки складаються з маленьких внутрішніх осередків, які можуть бути твердими або рідкими. Змінюючи стан окремих осередків, блоки стають м’якими або жорсткими, гаситимуть коливання або змінюватимуть спосіб руху — і все це без зміни форми самого блоку.

Кожен куб складається з 27 внутрішніх осередків із суміші галію та заліза, яка при кімнатній температурі може переходити з твердого стану в рідкий і назад. Дослідники нагрівають окремі осередки електричним струмом, щоб запрограмувати механічну поведінку куба.

У демонстраційних експериментах кілька кубів збирали у балки та колони. Залежно від того, які осередки розплавлені, конструкція поводилася по-різному: як м’яка гума або жорсткий пластик.

Найяскравіше показали це у воді: 10 кубів з'єднали у пряму колону, яка стала «хвостом» для роботизованої риби. Використовуючи один і той самий мотор, різне налаштування внутрішніх осередків змінювало траєкторію руху риби, показуючи, що рух можна змінювати лише через програмування матеріалу.

«Ми хочемо створювати матеріали, які поводяться як живі», — сказав Юн Бай, аспірант та перший автор дослідження. «3D-принтери можуть робити матеріали з певними властивостями, але щоб їх змінити, потрібно надрукувати заново. Ми прагнемо створити щось на зразок людських м’язів, які змінюють жорсткість у реальному часі».

На відміну від матеріалів, що змінюють форму, ці блоки змінюють механіку без зміни геометрії. В експериментах з тонкими листами дослідники показали, що можна точно налаштовувати жорсткість та гасіння коливань, не змінюючи форму.

Куби можна приєднувати та від'єднувати як Lego, що дозволяє збирати більші конструкції з програмованою поведінкою. Якщо заморозити блоки до нуля градусів Цельсія, усі осередки стають твердими, і їх можна знову перепрограмувати.

«Це дає гнучкість для створення 3D-конструкцій з різними механічними властивостями», — пояснює Бай. «Заморожування дозволяє скинути блоки й перепрограмовувати їх скільки завгодно разів».

Команда також бачить потенціал у медицині та електроніці. Змінюючи металевий склад, можна підлаштувати точки плавлення та замерзання для роботи всередині тіла людини. Малі версії блоків можуть колись рухатися кровоносними судинами, контролювати стан здоров’я або формувати адаптивні стенти.

«Наша мета — будувати більші системи з композитних матеріалів і створювати гнучкі програмовані матеріали для роботів, щоб вони могли виконувати різні завдання в різних умовах», — додає Сяоюе Ні, асистентка професора механіки та матеріалознавства.