Мягкие роботы уже помогают в медицине, сельском хозяйстве и экологическом мониторинге, но после службы они превращаются в обычный электронный мусор. Глобальный объём электронных отходов в 2022 году достиг 62 миллионов тонн, и роботы вносят в эту гору свою долю. Главная проблема всегда была одна: либо материал разлагается, но работает плохо, либо держится годами, но остаётся на свалке навсегда.
Учёные из Сеульского национального университета (SNU), Университета Соган и Университета имени Иоганна Кеплера в Линце впервые решили эту дилемму. Они создали полностью компостируемую мягкую робототехническую систему, которая по прочности и функциональности не уступает обычным роботам, а после окончания работы полностью разлагается в почве без малейшего токсичного следа.
Как устроен «робот-призрак»
Каркас робота сделан из поли(глицерил-себацината) — PGS, биодеградируемого эластомера без воды. Этот материал обладает низким гистерезисом и отличной упругостью. Актуатор сгиба на его основе выдержал более миллиона циклов сгибания-разгибания и сохранил стабильные характеристики даже после долгого хранения — именно то, что нужно для реального использования за пределами лаборатории.
Электроника тоже полностью биоразлагаемая. Вместо традиционных металлов и полупроводников учёные применили неорганические компоненты на основе магния, молибдена и кремния. Они разлагаются одновременно с корпусом, оставляя после себя только чистый компост.
Тестирование на исчезновение
Когда весь робот поместили в условия промышленного компостирования, и структура, и электроника полностью разложились за несколько месяцев. Затем на полученном компосте провели тест роста растений — никаких следов токсичности не обнаружили. Почва после робота стала даже пригодной для удобрения.
Учёные собрали многофункциональный «палец» робота, в котором одновременно работают датчики изгиба, деформации, касания, температуры, влажности и pH, а также нагреватели, электростимуляторы и модули доставки лекарств. Это открывает дорогу к реальному применению в сельском хозяйстве: робот может работать в поле, а после сезона его просто оставляют в земле — он сам превратится в удобрение.
Новый стандарт устойчивой робототехники
«Это исследование преодолевает традиционные ограничения биоразлагаемых материалов и показывает мягкие роботы и электронику с реальным уровнем долговечности и производительности», — подчеркнул руководитель проекта профессор Сынг-Кюн Канг (Seung-Kyun Kang) из Сеульского национального университета. «Мы устанавливаем новый ориентир для устойчивой робототехники».
Пока большинство разговоров о «зелёных» технологиях сводится к энергосбережению и снижению выбросов, почти никто не думает, что будет с роботом после того, как он отработал своё. Новый подход решает именно эту проблему. С ростом рынка мягкой робототехники вопрос безопасной утилизации станет критическим — и теперь на него появился реальный ответ.
Исследование опубликовано в журнале Nature Sustainability.
