Робот-мотылёк отрастил ультрафиолетовый датчик и научился видеть свет

Инженеры сконструировали робота-мотылька, способного автономно наращивать новые функциональные модули прямо внутри собственной конструкции. Задействовав искусственный аналог кровотока, специалисты доставили химические реагенты к крылу машины, где под воздействием ультрафиолета сформировался светочувствительный композит. В результате дрон научился улавливать УФ-лучи и отвечать на них взмахами крыльев либо световой индикацией.

Инновационный проект реализован силами специалистов Тартуского университета (Эстония) в коллаборации с Итальянским технологическим институтом. Итоги изысканий опубликованы на страницах издания Advanced Science. Авторы расценивают достижение как наглядное подтверждение того, что собирать сложное оборудование можно внутри уже готового устройства, отказавшись от предварительного монтажа или последующей установки навесных модулей.

Архитектура устройства воспроизводит принципы открытой гемоциркуляции членистоногих. У насекомых специализированная жидкость омывает ткани и внутренние полости крыльев, транспортируя питательные соединения. В андроиде эту роль выполняют напечатанные на 3D-принтере микроканалы в комплексе с сетью проницаемых мембран. Специальная помпа прокачивала сквозь «тело» робота порядка 3 мл раствора с химическими предшественниками будущего сенсора.

Фундаментом для чувствительного элемента послужил полипиррол — токопроводящий полимер, синтезированный непосредственно в толще пластиковой PETG-матрицы. Жидкая субстанция пропитывала основу примерно на 10 микрометров, после чего локальная УФ-засветка инициировала реакцию фотополимеризации. Экспонированные зоны темнели и обретали способность реагировать на ультрафиолет электрическим откликом. Применение физических трафаретов позволило позиционировать датчик с точностью до 0,3 миллиметра.

При облучении ультрафиолетом электрическое сопротивление созданного покрытия временно падало. Интегрированный микроконтроллер фиксировал эти колебания и активировал запрограммированный алгоритм: зажигал светодиоды или приводил в действие привод крыльев. Таким образом, синтезированный химическим путем сенсор замыкал локальную цепь управления, отсутствовавшую у робота изначально.

Кроме того, у датчика обнаружился эффект материальной памяти. Остаточные реагенты продолжали взаимодействовать друг с другом после завершения основного синтеза, из-за чего при повторных сеансах облучения чувствительность покрытия трансформировалась. Речь идет не о программном логировании, а о перманентной перестройке самой полимерной структуры. Сенсоры сохранили полную работоспособность даже спустя четыре месяца хранения.

Тем не менее, до создания полностью автономных адаптивных роботов пока далеко. В ходе эксперимента исследователи вручную инициировали прокачку реагентов, накладывали трафареты для синтеза и заранее прописывали реакцию контроллера. Более того, ученые использовали единственный предопределенный химический сценарий, а готовый сенсор невозможно демонтировать или переконфигурировать. Примечательно, что ультрафиолет выступал одновременно катализатором сборки материала и целевым стимулом для него.

Создатели рассматривают разработку в качестве фундамента для робототехники нового поколения, где полезные свойства будут формироваться за счет внутренних химических превращений. Дальнейшие шаги потребуют внедрения иных базовых материалов, стимуляторов и реакций, а также сопряжения процессов синтеза с когнитивными способностями робота, способного самостоятельно определять потребность в тех или иных функциях. На данном этапе продемонстрирован лишь базовый, запрограммированный сценарий подобной адаптации.

Источник: iXBT