Микроробот-киригами

Японское искусство киригами родственно знаменитому оригами. Киригами практикует методы изготовления фигурок и объемных открыток из бумаги с помощью ножниц — прорези в сплошном материале позволяют легко его складывать и менять форму. Эти идеи стремятся воплотить в своих конструкциях и создатели субмиллиметровых роботов.

Исследователи Корнельского университета придумали многофункционального микроробота с новым дизайном киригами. Руководил проектом профессор физики Итай Коэн (Itai Cohen), лаборатория которого уже создала микророботов, способных автономно ходить, манипулировать конечностями и качать воду с помощью искусственных ресничек.

На этот раз ученые построили конструкцию размером менее миллиметра. Ее основой стал металист, двухмерный метаматериал, состоящий из сотни шестиугольных пластинок диоксида кремния. Каждый такой строительный блок связан с другими тремя через три симметричных относительно его центра соединения толщиной 10 нанометров, которыми можно управлять электрически. В результате на плоскости металист выглядит как мозаика из шестиугольников с шестиугольными же пустыми ячейками. Они могут расширяться или сжиматься, если электрические сигналы системы управления заставят пластинки двигаться относительно друг друга. В течение десятой доли секунды ячейка меняет свою площадь на 40%.

Это движение искажает плоскую форму металиста и придает метаматериалу нужные механические свойства. Под действием сигналов блока управления, который с разными задержками приводит в движение различные части робота, металист способен принимать программируемую заранее форму и даже ползти. Интересно, что робот может даже обернуться вокруг маленького предмета и снова развернуться в плоский лист.

Исследователи также сообщают, что каждый элементарный блок металиста можно превратить в солнечную батарею и таким образом создать энергонезависимый материал, который станет реагировать на внешние стимулы. Например, он будет убегать от внешнего давления или, наоборот, отталкивать предметы с силой, большей их давления. По мнению профессора, такие так называемые эластронные материалы могут стать основой для нового типа разумной материи, которая продемонстрирует возможности, выходящие за привычные нам рамки.

Команда Коэна намерена объединить свои гибкие конструкции с разнообразными электронными контроллерами. Металисты могут стать основой реконфигурируемых микромашин, перестраиваемых оптических поверхностей, миниатюрных биомедицинских устройств, даже поверхностей, способных реагировать на механический удар с высокой скоростью. Статья об исследовании напечатана в журнале Nature Materials.