Вчені створили "розумний" матеріал, здатний "навчатися" рухам

Дослідники з Технічного університету Ейндховена розробили незвичайний "розумний" матеріал, який здатний запам’ятовувати рухи та відтворювати їх без участі комп’ютера. На його основі вчені створили роботизовану кисть і навчили її показувати китайські жести для позначення цифр. Опис розробки та результати експериментів опубліковано в науковому журналі Science Advances.

Основою нового матеріалу став рідкокристалічний полімер (РКП). Вчені додали до нього світлочутливу речовину азобензол, завдяки чому матеріал набув здатності змінювати форму під впливом температури та ультрафіолету, а потім зберігати новий стан.

По суті, матеріал отримав своєрідну "пам’ять": він може запам’ятати певну форму і згодом повертатися до неї під впливом електричного сигналу. При цьому з часом він поступово втрачає збережений стан, хоча спочатку дослідники не ставили перед собою за мету створити ефект забування.

Ще одна особливість розробки - зміна електричної провідності. Завдяки цьому матеріал може працювати як своєрідний перемикач і реагувати на зовнішні команди.

Роборука вивчила китайські цифри

Щоб перевірити можливості нового матеріалу, вчені за допомогою 4D-друку виготовили окремі пальці та об’єднали їх у макет кисті.

Потім роботизовану руку навчили десяти китайським жестам, якими в цій культурі показують цифри. Для цього дослідники записали рухи на камеру, а потім перенесли їх у програму керування нагріванням і світлодіодами всередині пальців.

Після навчання комп'ютер вимкнули. Однак при подачі електричного імпульсу кисть самостійно приймала потрібне положення і могла повторювати вивчені жести кілька разів. Щоправда, поступово матеріал починав "забувати" кожен рух.

Щоразу така система може зберігати лише один жест, але вчені успішно перевірили її роботу на всіх десяти китайських цифрах.

Матеріал здатний до самоорганізації

В іншому експерименті дослідники пішли ще далі: вони з'єднали кілька елементів із цього ж матеріалу й виявили, що їхні рухи поступово починають синхронізуватися.

За словами керівника проєкту, інженера-матеріалознавця Даньцин Лю, елементи взаємодіють один з одним через гнучкі з’єднання. Коли один компонент починає рухатися, він передає зусилля наступному, завдяки чому виникає узгоджений рух без складних механізмів і центральної системи керування.

Вчені вважають, що такий принцип може стати основою для створення автономних м'яких роботів і матеріалів, здатних самостійно адаптуватися до навколишнього середовища.

Зазначається, що розробка об’єднує одразу кілька напрямків науки - хімію, матеріалознавство, електроніку та робототехніку.

Даньцин Лю вважає, що подібні матеріали можуть знайти застосування на межі віртуального та реального світів. Наприклад, вони можуть допомогти створювати пристрої, які дозволять людині фізично відчувати об’єкти у віртуальній або доповненій реальності.