Новый материал может выполнять различные задачи в зависимости от температуры

Исследователи сообщают, что разработали новый композитный материал, способный менять поведение в зависимости от температуры для выполнения определенных задач. Эти материалы могут стать частью следующего поколения автономных роботов, которые будут взаимодействовать с окружающей средой.

В новом исследовании, проведенном профессором гражданского и экологического строительства Университета Иллинойса Урбана-Шампейн Шелли Чжан и аспирантом Вейчен Ли в сотрудничестве с профессором Тянь Ченом и аспирантом Юэ Вангом из Хьюстонского университета, используются компьютерные алгоритмы, два разных полимера и 3D-печать для создания материала, который расширяется и сжимается в зависимости от изменения температуры без вмешательства человека.

О результатах исследования сообщается в журнале Science Advances.

Создание материала или устройства, которое будет реагировать на окружающую среду особым образом, очень сложно концептуализировать с помощью одной лишь человеческой интуиции — существует огромное количество возможностей для дизайна, — отмечает Чжан.

Поэтому мы решили работать с компьютерным алгоритмом, который поможет нам определить наилучшее сочетание материалов и геометрии.

Сначала команда использовала компьютерное моделирование, чтобы разработать концепцию двухполимерного композита, который может вести себя по-разному при различных температурах, основываясь на данных пользователя или автономных датчиков.

Для этого исследования мы разработали материал, который может вести себя как мягкая резина при низких температурах и как жесткий пластик при высоких температурах, — говорит Чжан.

После изготовления осязаемого устройства команда протестировала способность нового композитного материала реагировать на изменения температуры для выполнения простой задачи — включения светодиодных лампочек.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео с объяснением этого исследования.

Наше исследование демонстрирует, что можно создать материал с интеллектуальными возможностями определения температуры, и мы представляем, что это может быть очень полезно в робототехнике, — сказала Чжан.

Например, если грузоподъемность робота должна измениться при изменении температуры, материал «поймет», что нужно адаптировать свое физическое поведение, чтобы остановиться или выполнить другую задачу.

Чжан отметил, что одной из отличительных черт исследования является процесс оптимизации, который помогает исследователям интерполировать распределение и геометрию двух различных необходимых полимерных материалов.

Наша следующая цель — использовать эту методику, чтобы добавить еще один уровень сложности к запрограммированному или автономному поведению материала, например, способность чувствовать скорость удара другого объекта, — заключает она.

Это будет очень важно для робототехнических материалов, чтобы знать, как реагировать на различные опасности в полевых условиях.

28.11.2023