Гнучкі роботизовані крила, що рухаються без електроніки та батарейок. Це не магія, а революційна розробка дослідників з Технічного університету Дармштадта та Центру Гельмгольца Дрезден-Россендорф. Технологія може докорінно змінити рятувальні операції та спостереження за навколишнім середовищем, а також знайти застосування в біомедицині. Серед авторів розробки – вчені з України.
Надихнув метелик
На створення роботизованих крил науковців надихнув метелик-монарх. Ці комахи відрізняються надзвичайною витривалістю та адаптивністю. Щороку вони долають тисячі кілометрів під час міграції між Канадою та Мексикою. Це можливо завдяки унікальним крилам, які дозволяють метеликам енергоефективно літати, поєднуючи активний рух і пасивне згинання.
Фото – Sonika Agarwal/Unsplash
Створені дослідниками роботокрила імітують крила монарха. А рухатися їх змушують магнітні поля. Вчені виготовили крила з гнучкого пластику із вбудованими магнітними частинками. Зовнішні магнітні поля приводять ці частинки у рух, в результаті чого крила згинаються та відтворюють політ метелика.
Надрукували на 3D-принтері
Як зазначили у пресслужбі Технічного університету Дармштадта, процес розробки був складним. За допомогою 3D-друку вчені виготовили дванадцять різних дизайнів крил. “Найбільшим викликом було надрукувати надтонкі, гнучкі структури, які водночас були б достатньо міцними, щоб витримувати навантаження”, – пояснив один з авторів дослідження Кіліан Шефер.
Деякі крила містили структуру вен, змодельовану за зразком природних вен крил метеликів-монархів. Метою розробників було з’ясувати, як ці структури впливають на маневреність та ефективність. Результати дослідження опубліковані в журналі Advanced Intelligent Systems. Експерименти показали, що більші крила з венозною структурою є особливо адаптивними і невразливими, і їх легше згинати.
Українець на чолі дослідження
Роботокрила створила команда дослідників під керівництвом професора Олівера Гутфляйша з Інституту матеріалознавства при ТУ Дармштадта та доктора Дениса Макарова з Центру Гельмгольца Дрезден-Россендорф. Пан Макаров – випускник Київського університету імені Тараса Шевченка, у 2008-му захистив докторську в Університеті Констанца в Німеччині. Відтоді працює та займається дослідницькою діяльністю в наукових центрах Дрездена. З 2019 року Денис Макаров очолює інноваційну лабораторію FlexiSens при Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
До створення роботизованих крил долучився ще один українець – Олександр Пилиповський. Він випускник і викладач КНУ імені Тараса Шевченка, з 2019 року входить до дослідницької групи доктора Макарова.
Потенційне застосування
Магнітні роботокрила можуть бути застосовані у різних сферах. Наприклад, в екологічному секторі їх можна використовувати для моніторингу популяцій запилювачів або для дослідження якості повітря. Оскільки крила дозволяють створити невелику та енергоефективну конструкцію, такі роботи могли б працювати у зонах стихійних лих, наприклад, шукати та рятувати людей.
Новий підхід може бути застосований і в медицині. Наприклад, в малоінвазивній хірургії – для операцій на чутливих тканинах. Також принципи біоінспірованої робототехніки можуть бути використані для розробки штучних м’язів або “розумних матеріалів”, здатних змінювати свою форму за потребою.
Перш ніж нову технологію можна буде використовувати, потрібні подальші дослідження. “Нинішні крила все ще потребують зовнішнього магнітного поля, але майбутні розробки можуть інтегрувати мініатюрні генератори магнітного поля для забезпечення автономного руху”, – пояснив один з авторів дослідження Мухаммад Білал Хан.
