Когда речь идёт о роботах или дронах, больше – далеко не всегда значит лучше. Крошечные микроботы однажды смогут помогать спасать людей в зонах природных и антропогенных катастроф или опылять поля вместе с насекомыми: в этом уверены инженеры из Массачусетского технологического института, которые уже работают над созданием и совершенствованием подобных устройств.
Весной 2021 года исследователи Массачусетского технологического института представили миру миниатюрных дроноботов, которые могут передвигаться по воздуху в ограниченном пространстве с прытью и устойчивостью жуков. Движущей силой таких устройств являются мягкие актуаторы – механимзы, которые преобразуют входной электрический сигнал в механический. В случае микроботов в движение крылышки приводили искусственные мышцы, представленные крошечными эластомерными цилиндрами, покрытыми углеродными нанотрубками, которые выполняют функцию электродов. Эти актуаторы были очень выносливыми: они «сокращались» около 500 раз в секунду и легко перезапускались, если дрон сталкивался с каким-то существенным препятствием. Их главным недостатком было более высокое рабочее напряжение по сравнению с устройствами, оборудованными твёрдыми актуаторами аналогичного размера. Представленные весной микроботы весили всего 0,6 грамма, и их подъёмной силы было попросту недостаточно для монтажа источника питания, который позволил бы им летать автономно.
Теперь учёные разработали инновационную технику производства мягких актуаторов, которая понижает процент дефектов, тем самым увеличивая срок эксплуатации компонента, а также снижает потребление энергии на 75%. При этом микроботы с таким актуатором могут выдерживать на 80% больше полезной нагрузки. Понижение рабочего вольтажа достигается посредством увеличения площади поверхности актуатора. Для этого исследователям понадобилось изготовить тончайший эластомер и свернуть его в цилиндр с максимальным количеством слоёв. Инженеры МТИ впервые создали актуатор с 20 слоями эластомера, при чём толщина каждого слоя не превышает 10 микрометров, что сравнимо с диаметром эритроцита.
Пожалуй, одним из самых значимых препятствий стали особенности процесса центрифугирования, в ходе которого эластомер выливается на быстро вращающуюся плоскость, и центробежные силы «раскатывают» материал в плёнку. В этот момент в эластомер попадает воздух, образуя множество микроскопических пузырьков размером не более 1 микрометра. Прежде учёные попросту игнорировали подобные дефекты, однако, когда началась борьба за микрометры толщины плёнки, проблема наличия пузырьков стала более критичной. Исследователи пришли к выводу, что вакуумная обработка ещё не застывшего эластомера позволяет избавиться от пузырьков. Учёные также модифицировали электроды, которые состоят из углеродных нанотрубок, методом проб и ошибок определив их оптимальную концентрацию.
