
Tämä innovaatio avaa mahdollisuuksia sovelluksille monilla eri aloilla, aina robotiikasta aktiivisen aineen fysiikkaan. Toistamalla alkioissa havaittuja nestemäisyyden ja kiinteyden mekanismeja tutkijat ovat onnistuneet suunnittelemaan robottijärjestelmän, joka kykenee itseorganisoitumaan ja sopeutumaan dynaamisesti.
Biologinen inspiraatio: alkioista robotteihin
Tutkijat ovat saaneet inspiraationsa alkion kudoksista, joita pidetään luonnollisina älymateriaaleina. Nämä kudokset voivat siirtyä nestemäisestä tilasta kiinteään tilaan, mikä mahdollistaa solujen uudelleenjärjestäytymisen rakenteiden muodostamiseksi.Tätä ilmiötä, jota kutsutaan jäykkyyden siirtymäksi, pidetään olennaisena elinten kehitykselle. Tieteilijät ovat tunnistaneet kolme keskeistä prosessia: aktiiviset voimat solujen välillä, biokemiallinen viestintä ja solujen tarttuminen. Nämä mekanismit on siirretty robottimaailmaan luomaan kollektiivi, joka pystyy käyttäytymään samankaltaisesti.
Jokainen robotti, joka muistuttaa jääkiekon kiekkoa, on varustettu kahdeksalla moottoroidulla vaihteella ja pyörivillä magneeteilla. Nämä elementit mahdollistavat yksiköiden liikkumisen suhteessa toisiinsa säilyttäen samalla vahvan koherenssin. Polarisoidun valon anturit ohjaavat niiden liikkeitä, toistaen näin alkiosolujen havaittua koordinaatiota.
Robottikollektiivi, jonka ominaisuuksia voidaan säätää
Robottikollektiivi voi siirtyä jäykästä tilasta nestemäiseen tilaan säätelemällä voimia yksiköiden välillä. Tämä joustavuus on mahdollista hallitsemalla signaalien vaihteluita, jotka lähetetään roboteille, mikä mahdollistaa nopean ja tehokkaan uudelleenjärjestäytymisen.Tutkijat ovat myös havainneet, että nämä vaihtelut vähentävät energiankulutusta, mikä on merkittävä etu käytännön sovelluksille. Säätelemällä polarisoidun valon parametreja he voivat ohjata kollektiivia muodostamaan erityisiä rakenteita ilman yksittäistä uudelleenohjelmointia.
Tulevaisuudessa tätä teknologiaa voitaisiin pienentää ja laajentaa tuhansiin yksiköihin, mikä avaa mahdollisuuksia robottimateriaaleille, jotka pystyvät sopeutumaan erilaisiin ympäristöihin. Näitä järjestelmiä voitaisiin käyttää esineiden käsittelyyn, raskaan kuorman tukemiseen tai jopa itsekorjaamiseen.
Lisätietoja: Mikä on jäykkyyden siirtymä?
Jäykkyyden siirtymä on fysikaalinen ilmiö, jossa materiaali siirtyy kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan tai päinvastoin sisäisten tai ulkoisten voimien vaikutuksesta. Tämä käsite on olennainen ymmärtää, kuinka tietyt järjestelmät, kuten alkion kudokset tai rakeiset materiaalit, voivat vaihdella jäykkyyden ja nestemäisyyden välillä.Elävissä kudoksissa tämä siirtymä mahdollistaa solujen uudelleenjärjestäytymisen tilassa. Esimerkiksi alkion kehityksen aikana solut voivat "sulaa" tilapäisesti liikkuakseen ja muodostaakseen monimutkaisempia rakenteita, kuten elimiä, ennen kuin ne kiinteytyvät uudelleen. Tämä prosessi on mahdollinen solujen itsensä tuottamien aktiivisten voimien ansiosta.
Fysiikassa tätä ilmiötä tutkitaan usein järjestelmissä, kuten laseissa tai rakeisissa medioissa. Nämä materiaalit voivat käyttäytyä kiinteinä tietyissä olosuhteissa, mutta muuttua nestemäisiksi, kun niitä altistetaan erityisille rasituksille, kuten värähtelyille tai leikkausvoimille.
Robottien kontekstissa jäykkyyden siirtymä on toistettu säätelemällä voimia yksiköiden välillä. Tämä mahdollistaa robottikollektiivin siirtymisen jäykästä tilasta, joka kykenee tukemaan kuormia, nestemäiseen tilaan, mikä mahdollistaa nopean ja joustavan uudelleenjärjestäytymisen. Tämä kyky säätää dynaamisesti mekaanisia ominaisuuksia avaa lupaavia näkymiä robotiikan ja materiaalitieteen sovelluksille.