Исследовательская группа разрабатывает метаматериал для обеспечения формы в реальном времени и контроля

Рисунок 1. Концепция и механизм PPMM для программирования механического поведения in situ.Концепция дизайна использования цифровых шаблонов двоичных чисел «0» и «1» для проекта универсальной механической информации.Бинарная информация цифрового пикселя переведена в отдельные состояния жесткости соответствующего механического пикселя.Схематическая галерея нескольких механических возможностей показана, полученная из различных инструкций по цифровым рисункам.Кредит: передовые материалы (2023).Doi: 10.1002/adma.202304302

Вдохновленный замечательной адаптивностью, наблюдаемой в биологических организмах, таких как осьминог, в области мягкой робототехники был достигнут прорыв.Исследовательская группа, возглавляемая профессором Джиюном Ким в Департаменте материаловедения и инженерии в Unist, успешно разработала коинтуальный многофункциональный материал, который может динамически настраивать свою форму и механические свойства в режиме реального времени.

Этот метаматериал превосходит ограничения существующих материалов, открывая новые возможности для применений в робототехнике и других областях, требующих адаптивности.Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Текущие мягкие роботы не имеют уровня адаптивности, продемонстрированного их биологическими аналогами, в первую очередь из-за ограниченной настроек в реальном времени и ограниченного перепрограммируемого пространства свойств и функций.Чтобы преодолеть этот разрыв, исследовательская группа представила новый подход, использующий графические шаблоны жесткости.

Независимо отключая состояния цифровой бинарной жесткой жесткости (мягкие или жесткие) отдельных составляющих единиц в простой аукситической структуре, имеющих эллиптические пустоты, материал достигает на месте и градиционной настроек по различным механическим качествам.

Программируемый материал в цифровом виде обладает замечательными механическими возможностями, включая изменение формы и память, отклик напряжений-деформации и соотношение Пуассона при сжатой нагрузке.Кроме того, он демонстрирует, ориентированные на применение функциональности, такие как настраиваемое и повторно используемое поглощение энергии и оказание давления.Этот прорывной материал служит ступенькой к разработке полностью адаптивных мягких роботов и интеллектуальных интерактивных машин.

«Мы разработали метаматериал, который может реализовать желаемые характеристики в течение нескольких минут, без необходимости дополнительного оборудования», - заявил Jun Kyu Choe, исследователь Integration Course и первого автора исследования Jun Kyu Choe.«Это открывает новые возможности для передовых адаптивных материалов и будущего развития адаптивных роботов».

Исследовательская группа продемонстрировала потенциал материала, демонстрируя «адаптивную энергию адаптивной энергии, поглощающий энергию», который корректирует свои свойства в ответ на неожиданные воздействия.Минимизируя силу, передаваемую в защищенный объект, этот материал значительно снижает риск повреждения или травмы.

Кроме того, команда использовала метаматериал в качестве «материала передачи силы», способного приносить силы в желаемые места и время.Вводя определенные цифровые команды, материал избирательно управляет соседними светодиодными переключателями, обеспечивая точное управление путями передачи силы.

Профессор Ким подчеркнул совместимость этого метаматериала с технологиями искусственного интеллекта, такими как глубокое обучение, а также существующие цифровые технологии и устройства.«Этот метаматериал, способный преобразовать цифровую информацию в физическую информацию в режиме реального времени, проложит путь к инновационным новым материалам, которые могут учиться и адаптироваться к их окружению», - добавил профессор Ким.

Больше информации: Jun Kyu Choe et al., Цифровой механический метаматериал: кодирование механической информации с графической рисункой жесткости для адаптивных мягких машин, передовых материалов (2023).Doi: 10.1002/adma.202304302