Финские ученые активно ищут искусственную замену пчелам и другим опылителям

Разработка чувствительных к стимулам полимеров открыла широкие возможности для создания небольших роботов нового поколения с беспроводным управлением.

Инженеры уже давно знают, как использовать эти материалы для создания небольших роботов, которые могут ходить, плавать и прыгать. Однако до сих пор никому не удавалось заставить их летать.

Исследователи из группы «Легкие роботы» при университете Тампере сейчас решают, как заставить умный материал воспарить. Хао Цзэн, научный сотрудник Академии наук и руководитель группы, и Цзяньфэн Ян, докторант, придумали новый дизайн для своего проекта под названием FAIRY — летающие аэророботы на основе светочувствительных материалов. Они разработали робота на основе полимерной конструкции, который летает с помощью ветра и управляется светом.

Превосходя своих природных собратьев, этот искусственный росток оснащен мягким приводом. Привод изготовлен из светочувствительного жидкокристаллического эластомера, который при возбуждении видимым светом вызывает открытие или закрытие щетинок, — объясняет Хао Цзэн.

Искусственная фея управляется светом

Искусственная фея, разработанная Зенгом и Янгом, имеет несколько биомиметических особенностей. Благодаря высокой пористости (0,95) и легкости (1,2 мг), она может легко парить в воздухе, направляемая ветром. Более того, стабильная генерация разделенного вихревого кольца позволяет перемещаться на большие расстояния с помощью ветра.

Фею можно приводить в движение и управлять ею с помощью источника света, например, лазерного луча или светодиода, — говорит Цзэн.

Это означает, что свет можно использовать для изменения формы крошечной структуры, похожей на семя одуванчика. Фея может вручную адаптироваться к направлению и силе ветра, изменяя свою форму. Также можно использовать световой луч для управления взлетом и посадкой полимерной конструкции.

Потенциальные возможности применения в сельском хозяйстве

Далее исследователи сосредоточатся на улучшении чувствительности материала, чтобы обеспечить работу устройства при солнечном свете. Кроме того, они увеличат масштаб структуры, чтобы она могла нести микроэлектронные устройства, такие как GPS и датчики, а также биохимические соединения.

По словам Зенга, существует потенциал для еще более значительных применений.

Это звучит как научная фантастика, но эксперименты по проверке концепции, включенные в наше исследование, показывают, что наш робот представляет собой важный шаг к реалистичным приложениям, пригодным для искусственного опыления, — говорит он.

В будущем миллионы искусственных семян одуванчика, несущих пыльцу, можно будет свободно рассеивать естественным ветром, а затем направлять с помощью света в определенные районы с деревьями, ожидающими опыления.

Это окажет огромное влияние на сельское хозяйство во всем мире, поскольку потеря опылителей из-за глобального потепления стала серьезной угрозой для биоразнообразия и производства продуктов питания, — заявил Цзэн.

Проблемы, которые еще только предстоит решить

Однако сначала необходимо решить множество проблем. Например, как точно контролировать место посадки, как повторно использовать устройства и сделать их биоразлагаемыми? Эти вопросы требуют тесного сотрудничества с материаловедами и людьми, работающими в области микроробототехники.

Проект FAIRY стартовал в сентябре 2021 года и продлится до августа 2026 года. Он финансируется Академией Финляндии. Исследования летающего робота ведутся в сотрудничестве с доктором Вэньци Ху из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) и доктором Ханг Чжан из Университета Аалто.

Статья опубликована в журнале Advanced Science 27 декабря 2022 года.

30.01.2023