Цивилизация
Исследовательская группа из Университета им. Саймона Фрейзера (Британская Колумбия, Канада) сконструировала гусеничного робота, способного передвигаться по вертикальным поверхностям и потолкам. Устройству найдут применение в обследовании, мониторинге и ремонте труднодоступных поверхностей на внутренних стенках трубопроводов, на высотных конструкциях, космических станциях, на АЭС, в шпионаже, а также в быту.
Свободно ползать по стенам и потолкам гусеничному роботу позволяет специальный материал, имитирующий поверхность лапок гекконов — мелких хищных ящериц.
Статью с описанием этой технологии канадская группа разместила в журнале Smart Materials and Structures.
Решение, подсмотренное конструкторами у природы, является хорошей альтернативой магнитам, присоскам и микрокрючкам, которые использовались до этого в конструкции вертикально ползающих роботов. И, хотя оно не позволяет роботу удерживаться на очень гладких поверхностях, таких как скользкий пластик или чистое стекло, это первый успешный опыт имитации лап гекконов, на которые давно уже засматриваются материаловеды и роботехники.
Помимо изящества главного конструктивного решения — способа прилипать к вертикальной поверхности — другим преимуществом робота является гусеничный ход.
В отличие от шагающих роботов гусеничные платформы более просты в исполнении и проще масштабируются: чтобы получить более крупного или грузоподъемного робота, достаточно удлинить гусеничную ленту или сделать ее шире.
Первый свободно ползающий по стенам робот получил название Вертикально передвигающей платформы на гусеничном ходу, или TBCP-II (Timeless Belt Climbing Platform). Вес робота 240 г, скорость передвижения 3,4 см/c. Робот может заползать на вертикальную поверхность, преодолевая как внутренние, так и наружные углы. Помимо этого TBCP-II может похвастаться элементами искусственного интеллекта, встроенными в его процессор: робот снабжен сенсорами, позволяющими ориентироваться в пространстве, распознавать препятствия и самостоятельно прокладывать курс. Емкости его аккумулятора достаточно, чтобы преодолевать довольно большие расстояния, однако конструкторы обещают сделать робота полностью энергонезависимым.<2>
Однако решающим прорывом, позволившим создать первого вертикально ползающего робота, является биомиметик — материал, из которого сделаны его гусеницы, имитирующие поверхностную структуру лапок геккона.
Благодаря микроскопическим волокнам на лапах эта мелкая ящерица может носиться по стенам и прилипать к потолку, подкарауливая добычу. Столь замечательной способностью гекконы обязаны ван-дер-ваальсовым взаимодействиям — очень слабым притягивающим силам, возникающим между электрически нейтральными молекулами.
Фибриллы (мельчайшие волокна, усеивающие кожу лап геккона и прилипающие к поверхности благодаря эффекту, открытому Яном Ван-дер-Ваальсом еще в 1873 году) конструкторы решили повторить с помощью микроскопических отростков грибообразной формы, каждый 10 микрометров в высоту и 17 в ширину, сделанных из специального пластика — полидиметилсилоксана (PDMS).
Ван-дер-ваальсовы силы, притягивающие «шляпку» такого отростка к молекулам поверхности, очень слабые, но в сумме их оказывается достаточно, чтобы гусеница робота надежно прилипла к стене или потолку.
Чем плотней усеяна гусеница такими отростками, тем лучше она прилипает к поверхности, что открывает простор для дальнейшего совершенствования материала и создания более «липучих» роботов. Возможно, именно из-за недостаточной плотности микроотростков робот, в отличие от шустрой ящерицы, пока что не умеет прилипать к стеклам.