"Движение гусеницы контролируется локальной кривизной ее тела - ее тело изгибается иначе, когда она тянется вперед, чем когда отталкивается назад", - говорит Ен Чжу, автор статьи об этой работе и заслуженный профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии Эндрю А. Адамса в университете Северной Каролины.. "Мы черпали вдохновение из биомеханики caterpillar, чтобы имитировать эту локальную кривизну, и использовали нагреватели нанопроволоки для управления подобной кривизной и движением в caterpillar-bot.

"Разработка мягких роботов, которые могут двигаться в двух разных направлениях, является серьезной задачей в области мягкой робототехники", - говорит Чжу. "Встроенные нагреватели нанопроволоки позволяют нам управлять движением робота двумя способами. Мы можем контролировать, какие секции робота сгибаются, управляя режимом нагрева в мягком роботе. И мы можем контролировать степень изгиба этих секций, регулируя количество подаваемого тепла".

Гусеничный бот состоит из двух слоев полимера, которые по-разному реагируют на воздействие тепла. Нижний слой сжимается под воздействием тепла. Верхний слой расширяется под воздействием тепла. Узор из серебряных нанопроволок встроен в расширяющийся слой полимера. Схема включает в себя несколько точек ввода, к которым исследователи могут прикладывать электрический ток. Исследователи могут контролировать, какие участки структуры нанопроволоки нагреваются, прикладывая электрический ток к различным точкам вывода, и могут контролировать количество тепла, прикладывая больший или меньший ток.

"Мы продемонстрировали, что робот-гусеница способен тянуть себя вперед и отталкиваться назад", - говорит Шуан Ву, первый автор статьи и постдокторант-исследователь из штата Северная Каролина. "В общем, чем больше тока мы применяли, тем быстрее он двигался бы в любом направлении. Однако мы обнаружили, что существует оптимальный цикл, который дает полимеру время остыть - эффективно позволяя "мышце" расслабиться, прежде чем снова сократиться. Если мы пытались задействовать робота-гусеницу слишком быстро, тело не успевало "расслабиться", прежде чем снова сокращаться, что нарушало его движение".

Исследователи также продемонстрировали, что движением робота-гусеницы можно управлять до такой степени, что пользователи могут направлять его с очень небольшим зазором - аналогично тому, как робот проскальзывает под дверью. По сути, исследователи могли контролировать как движение вперед, так и назад, а также то, насколько высоко робот наклонялся вверх в любой момент этого процесса.

"Такой подход к управлению движением в мягком роботе отличается высокой энергоэффективностью, и мы заинтересованы в изучении способов, с помощью которых мы могли бы сделать этот процесс еще более эффективным", - говорит Чжу. "Дополнительные последующие шаги включают интеграцию этого подхода к мягкой локомоции робота с датчиками или другими технологиями для использования в различных приложениях, таких как поисково-спасательные устройства".

Работа была выполнена при поддержке Национального научного фонда в рамках грантов 2122841, 2005374 и 2126072; и Национального института здравоохранения в рамках гранта № 1R01HD108473.