Группа исследователей из Технологического института Вирджинии (США) разработала перчатку, оснащенную подобием свойств щупальцев осьминога, и способную надежно захватывать объекты под водой. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Люди от природы не приспособлены для жизни в подводной среде: в ней им приходится использовать баллоны, чтобы дышать, неопреновые костюмы, чтобы защитить и согреть тело, и очки, чтобы четко видеть. В такой среде человеческая рука также плохо приспособлена для удержания предметов. Любой, кто пытался удержать извивающуюся рыбу, подтвердит, что подводные предметы трудно ухватить «сухопутными» человеческими пальцами.
Водолазы-спасатели, подводные археологи, мостовые инженеры и спасательные бригады очень часто задействуют свои руки для извлечения людей и предметов из воды. Они также могут подтвердить: человеческие руки (с их меньшей способностью удерживать скользкие предметы) должны прикладывать больше силы, и крепость хватки иногда может поставить под угрозу успех операции.
Но и когда требуется точное и деликатное прикосновение, также было бы полезно иметь приспособления для руки, предназначенные для подводных условий. Группа исследователей во главе с Майклом Бартлеттом из Лаборатории мягких материалов и конструкций Технологического института Вирджинии адаптировала биологические решения к новым технологиям, основанным на эластичных материалах и робототехнике.
Примером из живой природы для них стал осьминог – одно из самых уникальных существ на планете, оснащенное восемью длинными щупальцами, которые способны крепко хвататься за множество предметов в водной среде. Эти щупальца покрыты присосками, управляемыми мышечной и нервной системами морского животного.
Каждая присоска, по форме напоминающая конец плунжера, обеспечивает мощную хватательную способность. После того, как широкий внешний край присоски плотно прилегает к объекту, мышцы сокращаются и расслабляют чашеобразную область за краем, увеличивая и уменьшая давление. Когда задействовано много присосок, создается прочная адгезионная связь, от которой захваченной «цели» трудно избавиться.
Бартлетт пояснил: «Осьминог контролирует более 2000 присосок на своих восьми конечностях, обрабатывая информацию от различных химических и механических датчиков».
Чтобы спроектировать свою перчатку, исследователи сосредоточились на переосмыслении присосок, сделав их в форме податливых резиновых стержней, покрытых мягкими мембранами, приводимыми в действие. Конструкция была создана для выполнения той же функции, что и присоска осьминога – активировать надежное крепление к предметам легким нажатием. Она идеально подходит для прилипания как к плоским, так и к изогнутым поверхностям.
К этому добавлен способ, с помощью которого перчатка могла ощущать объекты и запускать адгезию. Таким дополнением стал массив оптических датчиков приближения – микро-лидаров, которые определяют, насколько близко находится объект. Присоски и датчики были соединены через микроконтроллер, чтобы соединить распознавание объекта с зацеплением присоски, таким образом имитируя нервную и мышечную системы осьминога.
Конечным решением стала перчатка с синтетическими присосками и датчиками, тесно интегрированными друг с другом, как комплекс носимых систем, способных захватывать множество различных форм под водой. Продукт получил название Octa-glove (окта-перчатка).
«Объединяя мягкие, чувствительные клейкие материалы со встроенной электроникой, мы можем захватывать объекты, не сжимая их. Это делает обращение с мокрыми или подводными объектами намного проще и естественнее. Электроника способна как активировать, так и быстро снять прилипание, при нажатии пользователем одной управляющей кнопки», – сказал Бартлетт.
В ходе тестирования исследователи попробовали несколько различных режимов захвата. Они установили, что могут быстро поднимать и отпускать плоские предметы, металлические игрушки, цилиндры, двойную изогнутую часть ложки и ультрамягкий шарик из гидрогеля. Перенастроив сеть датчиков, они также смогли захватывать более крупные объекты, такие как тарелка, коробка и миска. Плоские, цилиндрические, выпуклые и сферические объекты, состоящие как из твердых, так и из мягких материалов, прикреплялись и поднимались, даже если пользователи не хватали объект, а лишь смыкали руки.
Заглядывая вперед, исследователи предполагают, что разработанная ими окто-перчатка сыграет роль в области мягкой робототехники для подводного захвата, в применении для ряда медицинских технологий, в том числе разработок «искусственной кожи», а также в производстве для сборки и манипулирования специфически-скользкими объектами.