Ученые создали материал, выполняющий разные задачи при разной температуре

Новый композитный материал, способный изменять поведение в зависимости от температуры для выполнения конкретных задач, разработали исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (UIUC), 28 ноября сообщает пресс-служба университета.

Такие материалы, заявляют разработчики, могут использоваться для создания следующего поколения автономных роботов, которые будут взаимодействовать с окружающей средой.

Команда, состоящая из сотрудников UIUC и их коллег из Хьюстонского университета, использовала компьютерные алгоритмы, два разных полимера и 3D-печать для обратного проектирования материала, который расширяется и сжимается в ответ на изменение температуры автономно или после воздействия человека.

Результаты исследования ученые представили в статье «Алгоритмическое кодирование адаптивных реакций в архитектурах из нескольких термочувствительных материалов», опубликованной в журнале Science Advances.

Руководитель проекта, профессор гражданской и экологической инженерии UIUC Шелли Чжан рассказала о выборе направления исследования:

«Создание материала или устройства, которое будет реагировать определенным образом в зависимости от окружающей среды, очень сложно концептуализировать, используя только человеческую интуицию — существует так много возможностей для проектирования. Поэтому вместо этого мы решили работать с компьютерным алгоритмом, который поможет нам определить наилучшее сочетание материалов и геометрии».

Команда сначала применила компьютерное моделирование, чтобы концептуализировать двухполимерный композит, который может вести себя по-разному при различных температурах в зависимости от введенных пользователем данных или автономного ее восприятия.

«Для этого исследования мы разработали материал, который может вести себя как мягкая резина при низких температурах и как жесткий пластик при высоких температурах», — сообщила Чжан.

После изготовления реального устройства команда проверила способность нового композитного материала реагировать на изменения температуры — включать светодиоды.

Чжан считает, что их исследование доказало принципиальную возможность создавать композитные материалы с возможностью реагирования на изменение температуры и это можно использовать в робототехнике, например тогда, когда задача робота должна измениться при изменении температуры. Его материал будет «знать», что нужно изменить свое физическое поведение для остановки текущей или выполнения другой задачи.

Отличительной особенностью исследования, указала Чжан, является процесс оптимизации, который помогает разработчикам интерполировать распределение и геометрию двух необходимых для реализации такой задачи полимерных материалов.

«Наша следующая цель — использовать этот метод, чтобы добавить еще один уровень сложности к запрограммированному или автономному поведению материала, например, способность ощущать скорость какого-либо воздействия со стороны другого объекта, — сообщила она. — Для робототехнических материалов крайне важно знать, как реагировать на различные опасности в полевых условиях».