ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Ионная паутина / 24.07.2020

Источник: robotics.sciencemag.org

Инженеры изготовили паутину, которая воспроизводит функции ловчей сети паука при помощи электростатических эффектов.

 

В ходе испытаний она смогла самостоятельно очиститься от пыли, обнаружить приближение целей, захватить их и отпустить.

 

По словам авторов, в будущем подобные технологии могут найти применение в мягкой робототехнике.

 

Мягкая робототехника основана на легко деформируемых материалов — эта особенность обеспечивает роботам гибкость, облегчает их адаптацию к разным задачам (от моделирования водных существ до проведения хирургических операций) и повышает безопасность взаимодействия с людьми.

 

Однако, чтобы устройства из мягких материалов могли эффективно справляться со своей работой, необходимо создавать единые роботизированные системы из множества отдельных компонентов, функции которых дополняют друг друга — это требование может приводить к техническим трудностям.

 

В таких ситуациях ученые часто заимствуют идеи из окружающей среды — это позволяет исследователям не разрабатывать роботизированную систему целиком, а строить ее по аналогии с природной, копируя и воспроизводя необходимые функции.

 

Ученые из Южной Кореи под руководством Я. Ли и В. Ц. Сун из Сеульского Университета изготовили и протестировали искусственную паутину — устройство, которое работает по аналогии с ловчей сетью паука.

 

Фотография и схематическое изображение искусственной паутины. Масштабный отрезок слева соответствует трем сантиметрам

 

Для этого авторы использовали нити из органогеля в силиконовой оболочке — гель содержал свободные ионы лития (Li+) и хлора (Cl-) — то есть обладал ионной проводимостью, а силиконовое покрытие поддерживало его форму и предотвращало загрязнение. Воссоздавая структуру паутины и вместе с этим ее механические свойства, исследователи закрепили спираль из пары параллельных нитей на нейлоновом каркасе с помощью цианоакрилатного клея.

 

Чтобы воспроизвести функции естественной паутины, инженеры прикладывали к нитям электрическое напряжение — ионы в органогеле перемещались, и у поверхностей двух нитей скапливались нескомпенсированные заряды противоположных знаков. С одной стороны, это приводило к притяжению нитей друг к другу, а с другой стороны — к возникновению внешнего электрического поля.

 

Распределение заряда в нитях паутины:

A — в отсутствие напряжения,
B и C — при подаче напряжения.
Справа также изображены линии электрической напряженности

 

Регулируя подаваемое напряжение, авторы управляли величиной внешнего поля, и вместе с этим — силой электростатического притяжения внешних предметов (целей) к искусственной паутине, которая возникала при перераспределении зарядов в предмете под влиянием поля нитей. Прикладывая к паутине переменное напряжение и подбирая его частоту, ученые добивались вибрации пары нитей (под действием периодически возникающей и исчезающей силы притяжения) и таким образом очищали устройство от нежелательного загрязнения — частичек пыли, которые в реальных условиях могут прилипать к паутине и, компенсируя избыточный заряд, ослаблять ее воздействие на целевые объекты. Кроме того, исследователи протестировали систему обнаружения целевого предмета до непосредственного контакта с паутиной — для этого они использовали цели с искусственно нанесенным зарядом: при приближении к паутине такие предметы индуцировали напряжение в первоначально неактивном устройстве. Приборы измеряли это напряжение, и, если оно превосходило пороговое значение в 0,1 вольт — активировали источник питания — паутина реагировала на приближение цели и захватывала ее.

 

В результате испытаний исследователям удалось захватить при помощи паутины предметы в диапазоне масс от 0,4 до 11 гр., достигая притягивающего давления порядка одного кПа. Очистка длительностью в 60 секунд искусственно покрытых пылью нитей при помощи вибрации позволила восстановить до 98,7% от первоначальной, до покрытия пылью, силы электростатического сцепления, а установка порогового напряжения для регистрации приближающихся целей — поддерживать за счет избежания дополнительного загрязнения силу электростатического сцепления в 32,5 раза выше, чем при непрерывной работе устройства.

 

Авторы отмечают, что предложенный экспериментальный подход можно применять не только для создания искусственных паутин, но и для других приборов — зажимных устройств, актуаторов и сенсоров.

 


Другие новости по теме:
26.11.20 - В России тестируют беспилотные корабли
26.11.20 - Робот-садовник польет цветы и прополет грядку
25.11.20 - Электромобили на графеновых аккумуляторах с мега-быстрой зарядкой испытают в Китае
20.11.20 - Робот-волк против медведей
17.11.20 - Беспилотный грузовик на водороде прокатилсяпо ЦКАД
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Нанотехнологи из США и Японии разделили премию Испании

2 японских и 3 американских ученых стали лауреатами престижной премии принца Астурийского за научные и технические разработки в области нанотехнологий. Испания присудила награды японским ученым Сум

1477
2

Одноколесный велосипед с электромотором (видео)

Enicycle - это моторизованный одноколесный велосипед, сконструированный изобретателем из Словении Александером Полутником (Aleksander Polutnik). Научиться ездить на этом необычном средстве передвижени

183
3

Лунный камень стал источником кислорода

Исследователи из Кембриджа создали небольшой химический реактор, способный проводить процессы окисления и производство кислорода из лунного камня. В основе работы реактора лежит просто электромеханиче

174
4

Ученые обнаружили неизвестный ранее вирус

Способ глубокого секвенирования помог международной команде исследователей открыть новую разновидность рабдовирусов, которые вызывают заболевание бешенством у животных и людей. При этом, обнаруженный

171
5

Над Европой обнаружен радиоактивный йод - 131

Следы радиоактивного йода были обнаружены в атмосфере многих европейских стран. Источник утечки пока не определен. Йод-131 в основном используется в фармацевтике. Он является побочным продуктом

123

Анонсы событий