Меняющие форму металлы – будущее мягкой роботехники

Такой материал может быть использован в мягкой роботехнике или в авиации

(иллюстрация CornellUniversity).

Пенометаллический материал может быть нагрет для того, чтобы изменить свою форму, а затем охлаждён, чтобы восстановить свою твёрдость

(иллюстрация RobShepherdgroup).

Меняющие форму металлические роботы из знаменитой серии фильмов "Терминатор" представляют собой один из самых знаковых образов в научно-фантастических фильмах. Но мы пока далеки от таких технологий. Или нет?

Учёные из Корнельского университета (Cornell University) разработали гибридный пенометаллический материал, который может менять свою форму, а затем снова обретать твёрдую структуру.

Материал, как считают изобретатели, имеет множество потенциальных применений, но особые перспективы уготованы ему в сфере мягкой роботехники и авиации (представим себе самолёт, который меняет форму крыльев, когда собирается нырять в воду для продолжения движения под поверхностью океана).

По мнению учёных, такой материал может быть использован для создания мягких роботов, которые также могут превратиться в жёсткие и твёрдые конструкции, когда в этом возникнет необходимость.

Новый гибридный материал сочетает в себе твёрдый металл и мягкий пористый пенопласт.

"Он чем-то похож на нас – у нас есть скелет, мягкие мышцы и кожа. К сожалению, скелет ограничивает нашу способность менять форму, в отличие от осьминога, у которого нет скелета", — говорит профессор Роб Шепард (Rob Shepherd).

Процесс производства уникального материала начинается с "купания" кремнийорганического пенопласта в жидком металлическом сплаве, называемом металлом Филда (Field’s metal). Затем гибрид пенометалла помещают в вакуум, так чтобы вывести из пор пены диаметром около двух миллиметров весь воздух. Металлический сплав в результате стекает в эти поры, и затем материал охлаждается до твёрдого состояния.

 

Металл Филда имеет одну важную характеристику – низкую температуру плавления (62 градуса по Цельсию).

Тестирование гибридного материала показало его способность деформироваться при нагревании выше 62 градусов по Цельсию, а затем восстанавливать твёрдость при охлаждении. Другими словами, материал становится эластичным при нагревании, но восстанавливает свою структурную прочность при охлаждении.

Пенометаллический материал может быть нагрет для того, чтобы изменить свою форму, а затем охлаждён, чтобы восстановить свою твёрдость
Пенометаллический материал может быть нагрет для того, чтобы изменить свою форму, а затем охлаждён, чтобы восстановить свою твёрдость
(иллюстрация RobShepherdgroup).

Вторичный нагрев заставляет кусок материала вернуть первоначальную форму. То есть изобретение имеет ещё и память формы.

Пенометаллический материал таким образом позволит любому структурному элементу конструкции сменить форму (например, превратиться из винта беспилотника в плавник рыбы-робота).

Результаты работы учёных описаны в статье научного журнала Advanced Materials.