Rozwój mikro-robotyki wciąż przynosi nowe niespodzianki, a jednym z najnowszych wkładów w tę dziedzinę są roboty mniejsze niż jeden milimetr, oparte na kirigami. Ten miniaturowy robot, który początkowo wygląda jak dwuwymiarowy sześciokątny 'meta arkusz', przekształca się w trójwymiarowy kształt zdolny do poruszania się i wykonywania skomplikowanych zadań przy pomocy prądu elektrycznego.

Kirigami, technika podobna do origami, pozwala temu robotowi na składanie i rozciąganie dzięki precyzyjnym cięciom w materiale. W przeciwieństwie do origami, gdzie nadmiar materiału zwykle trzeba ukryć wewnątrz rzeźby, kirigami wykorzystuje otwarte sekcje, aby umożliwić bardziej efektywne składanie bez utraty materiału. To sprawia, że robot kirigami jest zdolny do zmiany kształtów i poruszania się, co czyni go wyjątkowo wszechstronnym rozwiązaniem dla przyszłych zastosowań w różnych branżach, w tym medycynie i automatyzacji przemysłowej.

Jednym z najbardziej imponujących aspektów tej technologii jest precyzja, z jaką robot może się składać i rozciągać. Składa się z około 100 płyt dwutlenku krzemu połączonych z ponad 200 mikro-stawami, z których każdy ma grubość zaledwie 10 nanometrów. Po aktywacji elektrycznej stawy tworzą wzniesienia i doliny, pozwalając robotowi zwiększyć swoją powierzchnię o nawet 40%. Ta zdolność dostosowywania się do różnych kształtów otwiera drzwi do licznych potencjalnych zastosowań, od mikromedycznych urządzeń po rekonfigurowalne maszyny zdolne do wykonywania skomplikowanych zadań w ciasnych przestrzeniach.

Nowe kierunki badań

Rozwój robotów kirigami jest wynikiem wieloletnich badań i współpracy zespołu naukowców z Uniwersytetu Cornell. Profesor fizyki Itai Cohen i jego współpracownicy wcześniej opracowali mikroskopijne roboty, które mogły samodzielnie chodzić i pompować wodę za pomocą sztucznych rzęs, a robot kirigami jest logicznym następnym krokiem w tym procesie. Ten postęp pozwala robotom nie tylko poruszać się, ale także dostosowywać swój kształt, co czyni je bardziej wszechstronnymi i odpowiednimi do różnych zastosowań.

Jednym z największych wyzwań, z którymi musieli się zmierzyć naukowcy, było opracowanie sposobu, w jaki robot może autonomicznie poruszać się w swoim otoczeniu. Na poziomie mikroskopowym ruch odbywa się w sposób podobny do pływania w lepkich cieczy, takich jak miód, gdzie opory są znacznie większe niż na poziomie makroskopowym. Zespół udało się rozwiązać ten problem, dostosowując kształt robota, optymalizując punkty kontaktowe między robotem a podłożem, co umożliwia bardziej efektywne poruszanie się bez potrzeby tarcia.

Możliwości zastosowania

Roboty kirigami otwierają możliwości zastosowania w różnych dziedzinach, od urządzeń biomedycznych po nowe rodzaje inteligentnych materiałów. Łącząc elastyczne struktury mechaniczne z zaawansowanymi kontrolerami elektronicznymi, naukowcy przewidują rozwój ultra-reaktywnych 'elastronicznych' materiałów, które mogłyby mieć cechy niemożliwe do osiągnięcia w naturze. Materiały te mogłyby być wykorzystane do stworzenia adaptacyjnych mikro-maszyn, które mogłyby reagować na bodźce niemal z prędkością światła, a nie dźwięku, co znacząco poprawiłoby prędkość i precyzję różnych zastosowań przemysłowych i medycznych.

W kontekście medycznym te roboty mogłyby być stosowane w minimalnie inwazyjnych zabiegach chirurgicznych, gdzie ich zdolność zmiany kształtu byłaby kluczowa dla manipulacji tkankami i organami. Dodatkowo, w badaniach nad nowymi materiałami, elastroniczne roboty mogłyby umożliwić szybką reakcję na bodźce zewnętrzne, co poprawiłoby obszary takie jak bezpieczeństwo i produkcja.

Dalszy rozwój tej technologii mógłby prowadzić do stworzenia inteligentnych materiałów, które mogłyby zmienić sposób, w jaki przebiegają liczne procesy w przemyśle, od produkcji po automatyzację, a nawet w codziennych przedmiotach, które mogłyby reagować na środowisko.