Вчені створили корисного робота у формі медузи, який плаває без акумулятора

Команда вчених розробила м’якого магнітного робота, натхненного медузами, — Jellyfish Magnetic Soft Robot (J‑MSR). Пристрій рухається так само, як справжня медуза: почергово скорочує та розслаблює оболонку. Замість вбудованого джерела живлення використовується зовнішнє керування магнітними полями — завдяки цьому робот залишається легким і гнучким.

Для точного налаштування системи дослідники застосували повністю зв’язану магнітно-рідинно-твердотільну симуляцію. Вона дозволила оптимізувати ключові параметри: щільність магнітного потоку, фази руху, рівень опору та тягу. В основу лягла асиметрична модель руху — як у живих медуз, де фаза скорочення відбувається швидше, ніж фаза відновлення. Такий дисбаланс дає змогу відштовхувати більше рідини назад, зберігаючи стабільність під час ковзання.

«Живі медузи плавають, створюючи просторову та часову асиметрію — їхня фаза скорочення швидша та охоплює більшу площу, ніж фаза відновлення», — пояснив провідний дослідник, професор Цюаньлян Цао. За його словами, команда не лише відтворила цю стратегію через асиметричну трапецієподібну форму магнітного поля, а й систематично оптимізувала шість параметрів хвильової форми, зокрема позитивну та негативну щільність магнітного потоку й тривалість усіх фаз руху.

Завдяки оптимізованим хвильовим формам J‑MSR досяг швидкості 14,85 довжини корпусу на секунду — попри негативну плавучість. Це помітний прорив: попередні аналогічні розробки не перевищували 10 довжин корпусу на секунду. Під час випробувань на моделі шлунка свині робот продемонстрував здатність перемикатися між кількома режимами руху. За допомогою трикоординатної системи котушок Гельмгольца він рухається під кутами від 0° до 122°, перекочується, долає схили та проходить вузькі й вигнуті траєкторії.

Дослідники також реалізували бездротове живлення через двочастотні магнітні поля: низькочастотні керують рухом, а високочастотні забезпечують роботу бортових функцій — наприклад, нагрівання або генерацію сигналів. У центрі робота розміщена порожнина діаметром 10 мм для корисного навантаження: датчиків, медичних інструментів або мікроголок. Під час демонстрацій J‑MSR без втрати ефективності переносив світлодіоди, бездротові котушки та мікроголки. Система зі змінною щільністю також дозволяє роботу тимчасово роздуватися та змінювати плавучість завдяки випаровуванню низькокиплячої рідини — так він захоплює об’єкти й піднімає їх.

У біомедичних тестах прикріплена мікроголка забезпечила точність наведення 4,4 ± 1,85 мм у моделі шлунка. Система також працювала з капсульним ендоскопом, нахиляючись до 21,8° для огляду під різними кутами. Подальші дослідження зосередяться на повному тривимірному керуванні, оптимізації на основі машинного навчання та автономній навігації зі зворотним зв’язком.

Стаття «Надшвидкі та універсальні магнітні м’які роботи, натхненні медузами, для біомедичних застосувань» опублікована у журналі Cyborg and Bionic Systems. «Ми переконані, що ця платформа відкриє нові можливості для малоінвазивної діагностики та лікування — від огляду шлунка до адресної доставки ліків — і все це без бортового живлення чи дротів», — резюмував професор Цао.