Ученые создали умный материал, способный "обучаться" движениям

Исследователи из Технического университета Эйндховена разработали необычный "умный" материал, который способен запоминать движения и воспроизводить их без участия компьютера. На его основе ученые создали роботизированную кисть и научили ее показывать китайские жесты для обозначения цифр. Описание разработки и результаты экспериментов опубликованы в научном журнале Science Advances.

Основой нового материала стал жидкокристаллический полимер (ЖКП). Ученые добавили в него светочувствительное вещество азобензол, благодаря чему материал получил способность менять форму под воздействием температуры и ультрафиолета, а затем сохранять новое состояние.

По сути, материал получил своеобразную "память": он может запомнить определенную форму и позже возвращаться к ней под воздействием электрического сигнала. При этом со временем он постепенно теряет сохраненное состояние, хотя изначально исследователи не ставили перед собой цель создать эффект забывания.

Еще одна особенность разработки - изменение электрической проводимости. Благодаря этому материал может работать как своеобразный переключатель и реагировать на внешние команды.

Роборука выучила китайские цифры

Чтобы проверить возможности нового материала, ученые с помощью 4D-печати изготовили отдельные пальцы и объединили их в макет кисти.

Затем роботизированную руку обучили десяти китайским жестам, которыми в этой культуре показывают цифры. Для этого исследователи записали движения на камеру, а затем перевели их в программу управления нагревом и светодиодами внутри пальцев.

После обучения компьютер отключили. Однако при подаче электрического импульса кисть самостоятельно принимала нужное положение и могла повторять выученные жесты несколько раз. Правда, постепенно материал начинал "забывать" каждое движение.

Каждый раз такая система может хранить только один жест, но ученые успешно проверили ее работу на всех десяти китайских числах.

Материал способен самоорганизовываться

В другом эксперименте исследователи пошли еще дальше: они соединили несколько элементов из этого же материала и обнаружили, что их движения постепенно начинают синхронизироваться.

По словам руководителя проекта, инженера-материаловеда Даньцин Лю, элементы взаимодействуют друг с другом через гибкие соединения. Когда один компонент начинает двигаться, он передает усилие следующему, благодаря чему возникает согласованное движение без сложных механизмов и центральной системы управления.

Ученые считают, что такой принцип может стать основой для создания автономных мягких роботов и материалов, способных самостоятельно адаптироваться к окружающей среде.

Отмечается, что разработка объединяет сразу несколько направлений науки - химию, материаловедение, электронику и робототехнику.

Даньцин Лю считает, что подобные материалы могут найти применение на границе виртуального и реального миров. Например, они могут помочь создавать устройства, которые позволят человеку физически ощущать объекты в виртуальной или дополненной реальности.