В статье, опубликованной в журнале Science Robotics, ученые из Школы инженерии Самуэли при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе описывают новый дизайн плавательного робота, который работает и управляется постоянным светом.
Устройство, названное OsciBot, потому что оно движется, колеблется в хвосте, может в конечном итоге привести к созданию роботов и автономных кораблей. Его дизайн вдохновлен природным явлением, называемым фототаксисом – движением к источнику света или от него, – которое встречается в животном мире. Например, медузы и мотыльки притягиваются к свету.
OsciBot демонстрирует, что движение с помощью колебаний может напрямую питаться постоянным светом, а не полагаться на энергию света, которая была собрана и сохранена в батарее. Он сделан полностью из мягкого материала, называемого гидрогелем, который набухает при помещении в воду и реагирует на свет. Устройство не требует батарей или должно быть привязано к другому источнику питания.
Первой целью исследователей было определить, могут ли они создать новый способ использования постоянного источника энергии, чтобы заставить объект двигаться в колебательном режиме.
Для этого они построили гибкий цилиндр длиной 2 сантиметра и закрепили его на дне резервуара для воды. Когда они направили луч света на цилиндр, они обнаружили, что свет заставлял его изгибаться со скоростью 66 раз в минуту – и что, перемещая положение источника света, они могли направлять устройство на изгиб как влево, так и вправо, и вверх и вниз.
Исследователи также определили, что скорость, с которой устройство колеблется, может регулироваться на основе длины и толщины цилиндра, а также от того, сколько света используется.
Вооружившись пониманием того, как создавать колебательные движения, команда использовала тот же гидрогель, чтобы построить робота в форме прямоугольной доски для серфинга с вытянутым подводным хвостом.
Когда свет от лазера попадает в пятно на хвосте, это пятно нагревается. Небольшое повышение температуры приводит к тому, что часть робота выталкивает часть воды и сжимается в объеме, что перемещает хвост к источнику света. После перемещения вверх хвост создает тень, которая охлаждает участок, где лазер изначально соприкасался с роботом, что заставляет хвост снова опускаться.
Пока свет попадает в целевое пятно, процесс повторяется, создавая колебательное движение. Исследователи наблюдали, как хвост колеблется 35 раз в минуту, достаточно быстро, чтобы перемещать робота в 1,15 раза больше его длины тела в минуту – или примерно в два раза быстрее, чем сопоставимые роботы, работающие от прерывистого света.
