Для разнообразных подводных работ, таких как сбор пластиковых отходов, извлечение ценных ресурсов и изучение экосистем морского дна, требуются универсальные захваты. Они должны сочетать мягкость и прочность. Традиционным захватам зачастую недостает гибкости, а мягкие устройства не могут брать большие грузы. Команда под руководством профессора Се Гуанмина из Пекинского университета создала инновационное решение, вдохновленное способностями осьминогов. Оно преодолевает этот компромисс и предлагает рекордно быструю смену жесткости на сегодня.
OUT-Robot: Мягкость и мощь осьминога
Новый манипулятор получил название Octopus-Inspired Upward Transport Robot (OUT-Robot), копируя уникальные методы захвата осьминога. Ключ к его успеху — специальная, меняющая жесткость 'рука'. Сердцем конструкции стал полимер с памятью формы (ППФ), полимолочная кислота (ПМК), интегрированная в трехслойный термоинтерфейс. 'Мы добились термодинамической синергии между материалом, геометрией и подводным окружением, — поясняет Се Гуанмин. — Внутренний силиконовый пласт равномерно распределяет нагрев, наружный создает промежуточный барьер термоизоляции, а сам океан активно отводит тепло при охлаждении'.
Скорость и гибридный подход
Грамотная инженерия обеспечивает потрясающую производительность: захват размягчается всего за 1,3 секунды при нагреве и твердеет за 0,8 секунды при охлаждении водой. Для сравнения: обычным похожим системам на воздухе требуется десятки секунд. Основное новшество заключается в 'мягко-жестком гибридном' методе. Во время захвата элементы остаются гибкими, что позволяет встроенным присоскам плотно обхватывать предметы со сложной поверхностью. После фиксации объект охлаждается и форма манипуляторов фиксируется, твердо удерживая груз без постоянного расхода энергии.
Впечатляющие результаты тестов
Экспериментальные данные ярко подтверждают улучшения. Одна конечность с усиленным ППФ демонстрирует жесткость, превышающую обычную 'руку' примерно в двадцать пять раз. Шестиконечная конфигурация развивает суммарное усилие захвата свыше 4 ньютонов (что эквивалентно более 400 граммам). Режим всасывания значительно поднимает универсальность, увеличивая мощность предварительного захвата в 2,2 раза относительно прошлых конструкций.
Успешные испытания в реальных условиях
Чтобы подтвердить практическое значение, захват протестировали в двухметровом бассейне с камнями, рыболовными сетями, бутылками, трепангами, морскими гребешками, хрупкой тарелкой, алюминиевым профилем и бутылкой массой 500 грамм. OUT-Robot легко переключался: собирал легкую сеть (меньше 1 г), аккуратно брал биологические образцы и поднимал тяжелую тару. 'Робот эффективно манипулирует объектами, начиная от мельчайших обломков до твердых отходов тяжелее 500 грамм, и делает это за единственную операцию', — подчеркнул Се.
Энергоэффективность и маневренность
OUT-Robot искусно объединяет активное управление плавучестью с манипуляцией. Захватив и зафиксировав предмет, робот раздувает мягкий корпус для увеличения плавучести и легко всплывает, поднимая груз на поверхность без усилий. 'Фаза захвата тратит примерно 75 джоулей за 1,3 секунды, тогда как всплытие идет почти без затрат энергии, — отмечает Се Гуанмин. — Эта методика радикально снижает общие энергозатраты против постоянно питаемых систем'. Робот также обладает высокой маневренностью, перемещаясь во всех направлениях путем синхронизации движения конечностей. Так, он преодолевает дистанцию в 70 см за 55 секунд по заданной траектории.
Широкие перспективы для океана
Разработчики уверены: эта технология расширит перспективы для глубоководных автономных операций, восстановления экосистем и океанографических миссий. 'Превращая подводную среду из неудобства в активный элемент системы контроля температуры, мы выстраиваем масштабируемую модель, подходящую для распределенного сбора данных, — комментирует профессор Се. — Мы создали надежное, эффективное и бесшумное решение для будущего защиты наших океанов'.
Источник: scientificrussia.ru
