Как Kilobots могут перемещаться в труднодоступных местах для захватывающих медицинских применений

Ученые из Шеффилдского университета значительно продвинулись в разработке Килоботов или растяжимых роботизированных тканей, которые могут изменять размер, сжиматься и перемещаться с исключительной точностью. Под руководством доктора Родерича Гросса из кафедры автоматического управления и системной инженерии исследовательская группа успешно продемонстрировала возможность создания интеллектуальных роботизированных тканей путем соединения низкоэнергетических роботизированных модулей через эластичную сетку.

Революционный прорыв в области роботизированных тканей

В groundbreaking исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, исследователи из Шеффилдского университета показали, что эластичные связи позволяют этим модульным роботам, размер которых примерно равен монете в 50 пенсов, надежно перемещаться скоординированным образом. Исследование продемонстрировало превосходство эластичной сетки, позволяющей модулям роботов, склонным к ошибкам, двигаться строем, превосходя жестко связанные или несвязанные модули.

Исследование, проведенное учеными из Шеффилда, открывает захватывающие возможности для разработки сверхнизкоэнергетических роботизированных тканей, способных перемещаться в пространствах, недоступных для человека. Эти ткани могут использоваться для проверки подземных водопроводных труб на наличие трещин или внедряться внутрь человеческого тела для медицинского мониторинга и лечения.

Прототипы тканей и интеллектуальные Килоботы

Прототипы тканей, разработанные в рамках этого исследования, состоят из небольших роботизированных модулей, известных как Килоботы. Благодаря своему компактному размеру, эти Килоботы характеризуются низким энергопотреблением и ограниченными вычислительными возможностями. Каждый Килобот использует вибромоторы для перемещения, но не имеет точного контроля над направлением движения. Однако при интеграции в эластичную сетку эти модули общаются с соседними модулями, что позволяет группе определять наиболее эффективный способ движения и коллективного поведения.

Традиционно группы Килоботов и других малых модулей не были физически связаны. Однако исследование Шеффилдского университета показало, что соединение этих модулей через эластичную сетку значительно повысило их надежность при движении. Доктор Родерич Гросс объяснил, что предыдущие исследования фокусировались на интеллектуальных тканях, которые чувствуют окружающую среду или меняют внешний вид. В то же время их работа углубилась в изучение интеллектуальных тканей, обладающих способностью автономно перемещаться из одного места в другое. Эти ткани могут эффективно навигировать в пространствах, недоступных для человека, таких как проверка внутренней части реактивного двигателя.

Применение в медицинской и промышленной сферах

Доктор Гросс также подчеркнул потенциал самоперемещающихся и растяжимых тканей в медицинских приложениях. Например, эти ткани могут оборачиваться вокруг поврежденных участков органов, обеспечивая высокоточный мониторинг или стимуляцию. Кроме того, они могут использоваться в промышленных целях, таких как инспекция сложных условий эксплуатации или навигация в подземных трубопроводах.

Согласованное движение, обеспечиваемое эластичными связями

Исследование показало, что ткань, состоящая из большего количества модулей, демонстрирует более успешное и согласованное движение. Этот вывод перекликается с коллективным движением, наблюдаемым в стаях птиц, известным как принцип «многих ошибок». Однако, в отличие от предыдущих исследований, модули в этом исследовании полагались не только на сбор и обработку информации, но и на физические связи внутри эластичной сетки. Это снизило их зависимость от энергозатратного восприятия и мышления, облегчив миниатюризацию и реализацию тканей, состоящих из тысяч модулей.

В исследовании приняли участие исследователи из Шеффилдского университета, Университета Модены и Реджо-Эмилии, Свободного университета Брюсселя, Государственного университета Санта-Катарина и Политехнического института Уорчестера. Статья под названием «Согласованное движение подверженных ошибкам индивидов через механическое связывание» доступна для получения дополнительной информации об исследовании.

Пионерские исследования, проведенные учеными из Шеффилдского университета, приблизили нас к реализации растяжимых роботизированных тканей. Эти ткани, способные сжиматься, расти и двигаться с точностью, могут революционизировать различные области, от промышленных инспекций до медицинских вмешательств, обеспечивая навигацию в недоступных пространствах и предоставляя возможности для высокоточного мониторинга и лечения.

Оригинальная статья и источник изображения: https://www.sheffield.ac.uk/news/