Ученые разработали ткань, которая может мгновенно менять форму с мягкой на жесткую. Она может найти применение в медицинских шинах, роботизированных конечностях и многих других областях.
Как это работает?
Материал, названный RoboFabric, был создан группой исследователей из Сингапурского технологического университета Нanyang. Ученые подсмотрели идею во взаимосвязанных чешуйках панголинов и броненосцев.
По аналогии команда создала сеть 3D-печатных плиток, соединенных металлическими нитями, проходящими через крошечные каналы между ними. Когда нити ослаблены, плитки могут свободно двигаться, как звенья цепи. Но когда нити натягиваются, плитки соединяются вместе в прочную конструкцию, которая в 350 раз более жестче изначальной свободной формы.
Применения в медицине
Исследователи обнаружили, что ткань может снизить мышечную силу, необходимую для подъема веса до 40%. Это может быть особенно полезно для людей с нарушениями движения, такими как болезнь Паркинсона. Ткань может помочь им стабилизировать траекторию движения и уменьшить дрожь.
Представьте себе скань на локтевом или лучезапястном суставе, которая поддерживает ваши суставы по требованию, когда вы поднимаете тяжелые предметы. Исследователи также отмечают, что материал можно адаптировать для "коленных применений" для улучшения походки и предотвращения падений.
“В повседневной жизни суставные опоры могут помочь пожилым людям в их повседневных делах, помогая снизить мышечную силу, необходимую для подъема тяжестей”, - говорят разработчики.
Также, по словам ученых, ткань может использоваться в качестве медицинской шины или гипса при переломе. Пациент надевает мягкий рукав, который затем становится жестким и неподвижным. В отличие от традиционной гипсовой повязки, такую шину можно будет снять по нажатию одной кнопки.
Изготовление таких изменяющих форму повязок начинается с 3D-сканирования руки или ноги пользователя. Программное обеспечение разрезает 3D-модель на десятки геометрических плиток, которые можно напечатать на 3D-принтере примерно за час. Затем металлические тросы вручную продеваются через каналы между плитками, хотя команда планирует автоматизировать этот процесс. Эти кабели подключаются к электронному устройству, чтобы по необходимости их затягивать или ослаблять.
Применение в робототехнике
Медицинское применение - это только начало. В исследовательской работе группа показала, что когда RoboFabric герметизируется в эластичную оболочку, он может переходить из гибкого состояния в жесткое состояние путем приложения или снятия вакуумного давления. Ученые превратили мкань в небольшого, похожего на червяка «мягкого робота», который может ползать, плавать и даже по требованию формировать защитную оболочку.
“Эти возможности важны для роботов-разведчиков и спасателей, которым необходимо перемещаться по сложным рельефам и обеспечивать защиту по требованию”, - отмечают исследователи.
Пожалуй, самая впечатляющая демонстрация материала была связана с дронами. Дрон оснастили четырьмя червеобразными “щупальцами”, сделанными из ткани, действующими как захваты. В мягком состоянии эти захваты складываются в корпус дрона. Когда их делают жесткими, они функционируют как хватательные когти, которые могут поднимать предметы или смягчать жесткую посадку. Это потрясающий способ, позволяющий сделать дроны более универсальными, не жертвуя их аэродинамикой.
Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
