Дослідники з Національного університету Сінгапуру створили м’якого робота, натхненного скатом, який може плавати самостійно й отримувати енергію завдяки магнітним полям.

М’які роботи відрізняються здатністю плавно рухатися у вузьких або делікатних просторах. Вони можуть допомагати у вирощуванні коралів у лабораторіях або перевірці промислових трубопроводів, пропонуючи більш обережний та адаптивний підхід до автоматизації.

Але їхня головна проблема — автономність. Звичайні батареї роблять роботів жорсткими, швидко розряджаються або зношуються при згинанні.

Асистент професора Ву Чаншенга та його команда виявили, що магнітні поля, які зазвичай використовуються для руху м’яких роботів, можуть також покращувати роботу гнучких батарей всередині них.

«Магнітні поля зазвичай використовують для стимуляції руху у м’яких роботів, процесу, який називається „актуацією“, але ми зрозуміли, що вони також можуть стабілізувати хімічні реакції у гнучких батареях», — сказав Ву.

Команда створила батареї з цинку та діоксиду марганцю (Zn-MnO₂), загорнуті в м’який силікон і вертикально розташовані всередині робота. Така конструкція дозволяє економно використовувати місце і зберігати гнучкість, на відміну від звичайних батарей, розташованих горизонтально.

Тести показали, що магнітне поле від рухових елементів стабілізує хімію батареї, зменшує утворення «дендритів» — голкоподібних відкладень, які можуть викликати коротке замикання, та зберігає енергію при багатьох згинаннях. Батареї під магнітним впливом зберігали 57,3% ємності після 200 циклів, майже вдвічі більше, ніж без цього впливу.

«Ми з’ясували, як це працює. Сила Лоренца, яку створює магнітне поле, впливає на іони в електроліті й змінює траєкторію цинкових іонів, створюючи рівномірне відкладення цинку та пригнічуючи ріст дендритів», — пояснила аспірантка Сяо Сяо.

Робот оснащений м’якими магнітними актуаторами, легким гібридним колом для сенсорів і бездротового зв’язку. Його плавці реагують на зовнішні магнітні поля, дозволяючи роботу плавати, робити різкі повороти й долати складні траєкторії, одночасно передаючи дані на цифрову модель.

Вбудовані сенсори дозволяють роботу самостійно виявляти перешкоди, змінювати напрямок і коригувати рух у реальному часі. Температурні сенсори відстежують теплові градієнти у воді, а м’яке тіло дозволяє адаптуватися до навколишнього середовища.

«Інтеграція руху, сенсорів і живлення по всьому тілу робота дозволяє максимально використовувати функціональний простір, не втрачаючи м’якості», — сказав Ву.

У майбутньому команда планує додати ультразвукові та хімічні сенсори, а також застосувати магнітне покращення до інших типів батарей і гнучких ниток для живлення.

«Ми хочемо, щоб м’які роботи могли самостійно думати й діяти у складних або недоступних місцях — від перевірки трубопроводів до моніторингу морських екосистем чи допомоги у медичних операціях», — додав Ву.

Источник: techno.nv.ua