Группа исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Технического университета Дрездена создала уникальный рой миниатюрных роботов, способных менять свои физические свойства — от текучего состояния до твердого, выдерживающего нагрузку до 700 ньютонов. Это открытие, опубликованное в журнале Science, может перевернуть представления о мягкой робототехнике и адаптивных материалах.
Как устроены роботы-«клетки»
Каждый робот имеет цилиндрическую форму диаметром 70 мм и изготовлен из полимолочной кислоты (PLA) с помощью 3D-печати. В его основании встроен магнит, а механизм движения состоит из желтых шестеренок, также напечатанных из PLA. В центре расположено кольцо шестерен, которые позволяют роботам взаимодействовать друг с другом, имитируя поведение клеток эмбриональной ткани.
«Эти роботы вдохновлены развивающимися клетками эмбриона, которые слипаются, толкают и тянут друг друга, формируя сложные структуры жизни», — объясняет Мэтью Девлин, ведущий автор исследования.
Магниты в основании обеспечивают естественное сцепление, а восемь моторных шестерен создают тангенциальные силы, позволяя роботам двигаться, сжиматься и перестраиваться даже в узких пространствах.
От жидкости к твердому телу за секунды
Ключевая особенность системы — способность переключаться между состояниями. Изменяя силу взаимодействия между шестернями, роботы могут:
- «растекаться» как жидкость, заполняя сложные пространства,
- мгновенно затвердевать, образуя устойчивую структуру,
- восстанавливаться после повреждений, перераспределяя нагрузку.
В одном из экспериментов рой выдержал вес человека — около 70 кг, что в 500 раз превышает массу одного робота.
Вдохновение эмбриологией
Идея проекта родилась из исследований Отгера Кампаса, бывшего профессора UCSB, изучавшего, как клетки эмбрионов «лепят» себя в процессе развития. Его команда обнаружила, что ткани зародышей могут переключаться между жидким и твердым состояниями — явление, известное в физике как фазовый переход.
«Мы не просто скопировали биологический процесс, а воссоздали его физические принципы в искусственной системе», — говорит Девлин.
Где это можно применить
Технология открывает перспективы в нескольких областях:
- Строительство: адаптивные конструкции, способные подстраиваться под нагрузку.
- Медицина: рои микророботов для доставки лекарств или ремонта тканей.
- Космос: самовосстанавливающиеся элементы станций.
- Спасательные операции: формирование временных опор в зонах катастроф.
Что дальше?
Сейчас команда работает над масштабированием системы и изучением фазовых переходов в активной материи. «Мы хотим не просто улучшить роботов, а понять фундаментальные законы, которые позволят создавать принципиально новые материалы», — отмечает Девлин.
Эксперименты подтвердили: граница между живым и искусственным становится все тоньше. Возможно, через десятилетие здания будут «расти» как организмы, а роботы — исцеляться, как ткани.