Микроботы "Hexbug Nano v2" используют вибрации для продвижения вперед. Соединяя несколько таких игрушек эластичной цепочкой из силиконовой резины, полученная конструкция становится "эластоактивной". Это означает, что после деформации он вернется к своей первоначальной форме, в то время как самодвижущиеся активные компоненты, из которых он состоит, постоянно пытаются подтолкнуть конструкцию в определенном направлении.

В зависимости от размера звеньев цепи и от того, были ли цепи закреплены на одном или обоих концах, эластоактивные цепи демонстрировали различные типы перемещения, включая автоколебательный, самосинхронизирующийся и самозатягивающийся.

"Экспериментируя с этими эластоактивными цепями, мы обнаружили, что существует взаимосвязь между активностью и эластичностью: когда активность доминирует, цепи совершают автоколебания и синхронизируются", - говорит Корентин Куле, руководитель лаборатории машинных материалов Амстердамского университета.

Он продолжает: "Механические автоколебания и синхронизация являются ключевой особенностью биологических машин, функциями, которые полезны для создания новых типов автономных роботов. Эти активные цепочки действительно позволяют нам выделить природу этих нелинейных явлений".

Автоколебания, самосинхронизация и самозахватывание

Когда конструкция совершает автоколебания, это означает, что она сама по себе изгибается взад-вперед. В цепочках микроботы могут начать с того, что согнут цепь влево. Однако, поскольку цепь закреплена на одном конце, эластичные звенья сопротивляются этому движению, переориентируя ботов таким образом, что они начинают толкать и сгибать цепь вправо. Этому движению снова будет сопротивляться эластичная цепь, пока боты снова не начнут двигаться влево.

Синхронизация происходит, когда две упругоактивные цепи соединены на одном конце достаточно жестким стержнем. Извиваясь, две соединенные цепочки автоматически начинают колебаться с одинаковой частотой, подобно морским травам, колеблемым одними и теми же волнами.

Наконец, если взять одну эластичную цепочку и закрепить оба ее конца, она демонстрирует поведение "саморазрыва". Когда вы сгибаете игральную карту пальцами, вы можете заставить ее "защелкнуться" при сгибании в другую сторону, достаточно сильно надавив сбоку. Эластоактивные цепи делают это сами по себе, многократно переключаясь с изгиба влево на изгиб вправо.

Поучительная пьеса

"Мы начали это исследование с того, что просто поиграли с игрушками-микроботами. Но в более общем плане идея состояла в том, чтобы исследовать материалы, находящиеся в неравновесном состоянии. В мягкой материи активные жидкости были широко изучены за последние 25 лет, но их твердые аналоги были исследованы гораздо меньше", - говорит Куле.

Следующим пунктом в меню является изучение упругоактивного поведения в меньших масштабах, например, в так называемых коллоидных системах, состоящих из мелких частиц, взвешенных в жидкости. Несмотря на то, что это все еще модельные системы, они ближе к биологической системе из-за сходных масштабов длины и присутствия жидкости. В любом масштабе было бы также интересно использовать интеллектуальный дизайн для встраивания нескольких автоколебаний в единую конструкцию для получения более сложных моделей движения. С лучшим пониманием автоколебаний есть надежда, что станет возможным создание новых типов автономных роботов.