На Создание своей «искусственной феи» Хао Цзэн и Цзяньфэн Ян вдохновились семенами одуванчика.
Фото: Цзяньфэн Ян / Университет Тампере.
Об эпизоде
Исследователи все чаще могут создавать умные материалы, которые реагируют на такие раздражители, как свет, температура или давление.
Теперь группа ученых заставила этот материал летать.
Его называют «искусственным семенем одуванчика«, но «робот с пушистыми крыльями», умещающийся на кончике пальца, пожалуй, больше всего похож на сказочную фею.
Крылья двигаются в ответ на свет.
Например из лазерного луча или простой светодиодной лампы. Робот также весит так мало, что может парить в воздушных потоках. Изменяя форму крыльев по пути в ответ на ветер, он может преодолевать значительные расстояния и менять направление. Возможна посадка и взлет.
Теперь ученые хотят настроить конструкцию так, чтобы она реагировала на солнечный свет, и они могут добавить, например, датчики, GPS и другое.
Одно из применений они имеют в виду: искусственное опыление. Роботы с пыльцой на борту движутся вместе с ветром и могут быть настроены на деревья и растения, которые в ней нуждаются.
Но мы еще не там.
Во-первых, робот должен быть многоразовым или разлагаемым. И приземление в точное место — необходимое, если вам нужно добраться до определенной породы деревьев — еще не совсем гладко.
Подробнее об исследовании
Исчезновение опылителей, таких как пчелы, представляет собой огромную проблему для глобального биоразнообразия и влияет на человечество, вызывая проблемы в производстве продуктов питания. Исследователи из Университета Тампере разработали первого пассивно летающего робота, оснащенного искусственными мышцами.
Можно ли использовать эту «искусственную фею» для опыления?
Разработка полимеров, реагирующих на стимулы, открыла множество возможностей, связанных с материалами, для небольших роботов с мягким телом, управляемых по беспроводной связи, нового поколения. Уже некоторое время инженеры знают, как использовать эти материалы для создания маленьких роботов, которые могут ходить, плавать и прыгать. До сих пор никому не удалось заставить их летать.
Исследователи из группы Light Robots из Университета Тампере сейчас изучают, как заставить умный материал летать.
Хао Цзэн , научный сотрудник Академии и руководитель группы, и Цзяньфэн Ян , докторант, разработали новый дизайн для своего проекта под названием «FAIRY» — летающие аэророботы на основе светочувствительных материалов .
Они разработали робота для сборки полимеров, который летает за счет ветра и управляется светом.
«Это «искусственное семя» превосходит свои натуральные аналоги и оснащено мягким приводом. Привод изготовлен из светочувствительного жидкокристаллического эластомера, который вызывает открытие или закрытие щетинок при возбуждении видимым светом», — объясняет Хао Цзэн.
Искусственная фея управляется светом
Искусственная фея, разработанная Цзэном и Яном, имеет несколько биомиметических особенностей. Благодаря высокой пористости (0,95) и легкой (1,2 мг) структуре он может легко парить в воздухе, направленном ветром.
Более того, стабильная генерация отдельных вихревых колец позволяет путешествовать на большие расстояния с помощью ветра.
«Фея может питаться и управляться источником света, например, лазерным лучом или светодиодом», — говорит Цзэн.
Это означает, что свет можно использовать для изменения формы крошечной структуры, похожей на семена одуванчика. Фея может вручную адаптироваться к направлению и силе ветра, изменяя свою форму. Луч света также можно использовать для управления взлетом и посадкой этой полимерной сборки.
Чувствительный полимер позволяет создавать искусственные, автономно работающие конструкции.
В темную и безветренную погоду фея стоит неподвижно. Когда света достаточно, конструкция автоматически открывается, позволяя летать в потоке ветра.
Фото: Цзяньфэн Ян / Университет Тампере.
Потенциальные возможности применения в сельском хозяйстве
Далее исследователи сосредоточатся на улучшении чувствительности материала, чтобы устройство могло работать при солнечном свете. Кроме того, они увеличат структуру, чтобы она могла нести микроэлектронные устройства, такие как GPS и датчики, а также биохимические соединения.
По словам Цзэна, есть потенциал для еще более важных приложений.
«Это звучит как научная фантастика, но эксперименты по проверке концепции, включенные в наше исследование, показывают, что разработанный нами робот обеспечивает важный шаг к реалистичным приложениям, подходящим для искусственного опыления», — рассказывает он.
В будущем миллионы «искусственных семян одуванчика», несущих пыльцу, смогут свободно рассеиваться естественными ветрами, а затем направляться светом к определенным участкам с деревьями, ожидающими опыления.
«Это окажет огромное влияние на сельское хозяйство во всем мире, поскольку потеря опылителей стала серьезной угрозой для биоразнообразия и производства продуктов питания», — говорит Цзэн.
На многие вопросы еще предстоит ответить
Тем не менее, многие проблемы должны быть решены в первую очередь.
Например, как точно контролировать точку приземления?
Как повторно использовать устройства и сделать их био-разлагаемыми?
Эти вопросы требуют тесного сотрудничества с учеными-материаловедами и людьми, работающими над микро-робототехникой.
Проект «FAIRY» стартовал в сентябре 2021 года и продлится до августа 2026 года.
Он финансируется Академией Финляндии.
Летающий робот исследуется в сотрудничестве с доктором Венци Ху из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) и доктором Ханг Чжан из Университета Аалто.
Статья: Jianfeng Yang, Hang Zhang, Alex Berdin, Wenqi Hu и Hao Zeng