Если перед вами встает необходимость создания наноразмерного полнофункционального робота, то вам необходимо включить в его конструкцию сложные электронные схемы, антенны, оптические и другие типы датчиков. Но самым главным является то, что вам необходимо каким-то образом обеспечить возможность передвижения робота, иначе вся эта затея имеет очень мало смысла. И не так давно исследователи из Корнуэлльского университета разработали микронные приводы на основе материалов, обладающих "памятью формы". Такие приводы могут быть интегрированы в конструкцию микророботов, изготовленных из условно двумерных материалов, и они могут заставить микроробота изгибаться и совершать другие движения, способствующие его перемещению. А в качестве демонстрации возможностей новых микронных приводов исследователи создали самое маленькое в мире оригами, которое может самостоятельно сворачиваться в заданную или возвращаться в исходную форму.
Новые микронные приводы могут изгибаться с радиусом кривизны менее одного микрона, откуда и происходит их название - микронный привод. Отметим, что данный показатель является самым маленьким в мире на сегодняшний день среди всех других подобных вещей. Более того, именно этот радиус изгиба привода определят, какой минимальный размер могут иметь микроскопические роботы, в конструкции которых они, эти приводы, были использованы.
Принцип действия микронного привода заключается в "правильном" использовании одной из распространенных электрохимических реакций. Приводы состоят из нанометрового слоя платины, слоев титана, диоксида титана и твердых слоев кварцевого стекла, которые состоят из приблизительно 30 атомных слоев. Когда к такой структуре подводится положительный электрический потенциал, атомы кислорода из воздуха проникают вглубь платины и вступают в реакцию электрохимического окисления. Это производит механические напряжения внутри платинового слоя, и он изгибается ровно по линиям, которые ограничиваются гранями участков поверхности, покрытыми твердым и инертным слоем стекла.
Отметим, что механические напряжения и вызванные ими изгибы сохраняются после того, как прикладываемый электрический потенциал снимается. А возврат к исходной форме осуществляется путем подачи на структуру электрического потенциала обратной полярности, что приводит к обратной реакции - реакции электрохимического восстановления.
Рассчитав и изготовив плоскую пластину такого материала с заданной формой покрытых стеклом участков, можно заставить эту пластину сложиться в достаточно сложную фигуру по принципу оригами. Процесс сворачивания происходит достаточно быстро, в самых медленных случаях это делается за 100 миллисекунд, а плоская конструкция выдерживает без нарушений ее структуры около тысячи циклов сворачивания и возвращения к исходной форме. Более того, для работы механизма сворачивания и возвращения требуется достаточно низкий электрический потенциал на уровне всего одного Вольта.
И в заключение отметим, что данная исследовательская группа из Корнуэлльского университета уже является обладателем почетного места в Книге мировых рекордов Гиннеса, как создатели самого маленького в мире шагающего робота. И теперь, со своей новой 60-микронной птичкой-оригами эти исследователи надеются получить еще одно место в Книге рекордов.
А сейчас исследователи работают над интеграцией в конструкцию роботов более сложных электронных схем, что в будущем позволит сделать крошечных шагающих роботов со складными ногами и плоских роботов, которые, как гусеницы, будут передвигаться, совершая волнообразные движения.
