Команда учёных из Китайского университета в Гонконге, Университета Карнеги-Меллона и Университета имени Сунь Ятесена разработала меняющего форму робота, способного переходить из твёрдого агрегатного состояние в жидкое и наоборот подобно знаменитому антагонисту Т-1000 из вселенной «Терминатора».

Как ни странно, вдохновением для создания робота стал вовсе не один из Терминаторов, а вполне реальное животное – морские огурцы, также известные как голотурии. Эти древние морские обитатели способны регулировать жёсткость собственного тела, то превращаясь в полужидкое желе, то «окаменевая» за считанные секунды. Меняющий форму робот обходит ограничения «собратьев», которые могут быть только твёрдыми или жидкими: его универсальность открывает новые возможности применения роботизированных технологий в электронике и медицине. К примеру, в рамках экспериментов учёные заставляли своё изобретение проходить полосы препятствий, доставлять или удалять объекты из модели человеческого желудка, а также проходить через прутья решётки, чтобы покинуть заточение и вернуться в оригинальную твёрдую форму в виде лего-человечка. По словам инженера Чэнфэна Пана, способность переходить из твёрдого агрегатного состояние в жидкое «по команде» значительно расширяет функциональность устройства.

 Традиционным твёрдым роботам зачастую довольно проблематично работать в ограниченном пространстве, а мягкие, гибкие роботы обычно достаточно слабые и трудноуправляемые для выполнения точных задач. В поисках компромисса учёные обратились за вдохновением к природе, а точнее, к морским огурцам, которые могут управлять жёсткостью тканей своего организма, чтобы изменять собственную «грузоподъёмность», ограничить повреждение отдельных частей тела и пр. Для достижения аналогичного эффекта исследователям был необходим нетоксичный материал, способный менять своё агрегатное состояние при температуре окружающей среды. Их выбор пал на галлий – мягкий металл, температура плавления которого составляет всего 29,76 °C при нормальном атмосферном давлении – всего на несколько градусов ниже температуры человеческого тела. Другими словами, вы можете расплавить галлий теплом собственных рук.

Учёные поместили в матрицу галлия магнитные частицы, создав таким образом так называемую «magnetoactive solid-liquid phase transitional machine» (магнитоактивную машину с возможностью перехода между твёрдой и жидкой фазами). Магнитные частицы в составе робота выполняют две функции. Прежде всего они заставляют материал реагировать на воздействие переменного магнитного поля. Таким образом, при помощи индукции можно дистанционно нагреть металл и заставить его изменить агрегатное состояние. В то же время благодаря магнитным частицам в составе галлиевого робота им можно управлять при помощи постоянного магнитного поля. После теста на предмет обратимости перехода между фазами исследователи подвергли необычного робота серии испытаний, заставляя его перепрыгивать «рвы», перелазить препятствия и даже разделяться для выполнения кооперативных задач по перемещению объектов, а затем объединяться воедино и затвердевать.

 Для максимально иллюстративной демонстрации возможностей робота учёные не могли не повторить сцену из «Терминатора 2», поместив фигурку из галлия в форме лего-человечка за решётку и заставив его расплавиться, чтобы выбраться на свободу. Кроме того, исследователи испробовали своё изобретение на практике. Они создали модель человеческого желудка и провели «операции» по извлечению постороннего объекта и доставке объектов (по задумке разработчиков, в будущем так можно будет доставлять лекарства). По словам исследователей, для использования галлиевого робота в реальном мире понадобятся некоторые доработки. К примеру, поскольку тело человека горячее температуры плавления металла, для его работы внутри организма будет необходимо использовать не чистый галлий, а сплав, чтобы повысить температуру плавления, сохранив востребованный функционал. Учёные также видят перспективу в применении подобных роботов для ремонта электрических цепей. При необходимости ремонта внутри прибора крошечный робот сможет забраться на место поломки и послужить припоем, проводником или фиксатором компонентов.

Источник: Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter / Qingyuan Wang, Chengfeng Pan, Yuanxi Zhang, Lelun Peng, Zhipeng Chen, Carmel Majidi, Lelun Jiang