Jeden z wielu kultowych momentów w Terminator 2: Dzień sądu widział, jak T-1000 na krótko zmienia się w ciecz, która przechodzi przez metalowe pręty oddzielające go od celu: nastoletniego Johna Connora. Zespół inżynierów naśladował tę słynną scenę za pomocą miękkiego robota w kształcie minifigurki Lego. Robot „roztapia się” do postaci płynnej w odpowiedzi na pole magnetyczne, sącząc się między prętami klatki, zanim ponownie zestali się po drugiej stronie. Zespół opisał swoją pracę w niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie Matter.

Jak już wcześniej informowaliśmy, tradycyjnie myślimy, że roboty są wytwarzane z twardych, sztywnych materiałów, ale poddziedzina robotyki miękkiej przyjmuje inne podejście. Ma na celu zbudowanie zrobotyzowanych urządzeń z bardziej elastycznych materiałów, które naśladują właściwości tych, które można znaleźć w żywych zwierzętach. Wykonanie całego korpusu robota z miękkich materiałów daje ogromne korzyści, na przykład jest wystarczająco elastyczny, aby przecisnąć się przez ciasne przestrzenie i polować na ocalałych po katastrofie. Miękkie roboty mają również duży potencjał jako protetyka lub urządzenia biomedyczne. Nawet sztywne roboty opierają się na niektórych miękkich komponentach, takich jak podkładki na stopy, które służą jako amortyzatory lub elastyczne sprężyny do magazynowania i uwalniania energii.

Na przykład naukowcy z Harvardu zbudowali w 2016 r. miękkiego robota inspirowanego ośmiornicą, który został zbudowany w całości z elastycznych materiałów. Miękkie roboty są trudniejsze do precyzyjnego kontrolowania, ponieważ są tak elastyczne. Tak więc w przypadku „octobota” zastąpiono sztywne obwody elektroniczne obwodami mikroprzepływowymi. Takie obwody regulują przepływ wody (hydraulika) lub powietrza (pneumatyka), a nie prądu przez mikrokanały obwodu, umożliwiając robotowi zginanie i poruszanie się. W 2021 roku inżynierowie z University of Maryland zbudowali trójpalczastą, miękką dłoń robota, która jest wystarczająco zwinna, aby móc manipulować przyciskami i padem kierunkowym na kontrolerze Nintendo — nawet pokonując pierwszy poziom Super Mario Bros. jako dowód słuszności koncepcji.

Ten najnowszy robot należy do klasy zwanej miniaturowymi maszynami uruchamianymi magnetycznie, zwykle wykonanymi z miękkich polimerów (takich jak elastomery lub hydrożele) osadzonych w ferromagnetycznych cząstkach, które mają zaprogramowane profile namagnesowania. Tego rodzaju roboty mogą pływać, wspinać się, toczyć, chodzić i skakać, a także zmieniać swój kształt po prostu poprzez zmianę odpowiedniego pola magnetycznego. To czyni je idealnymi do kilku zastosowań biomedycznych, takich jak ukierunkowane dostarczanie leków i terapia leczenia wrzodów. Ale według autorów nowego artykułu w Matter takie kompozyty na bazie elastomeru są trudne do kierowania przez bardzo wąskie i ograniczone przestrzenie, w których otwory są mniejsze niż wymiary materiału, ponieważ są one zasadniczo stałe, a zatem mają ograniczoną odkształcalność.

Pragnąc znaleźć rozwiązanie, zwrócili się do skromnego ogórka morskiego w poszukiwaniu inspiracji. Ogórki morskie to fascynujące stworzenia o miękkich cylindrycznych ciałach i pyskach otoczonych wysuwanymi mackami. Niektóre gatunki mogą nawet wymiotować toksynami w ramach samoobrony. Ale to niezwykła zdolność ogórka morskiego do rozluźniania i napinania kolagenu, który tworzy ściany ich ciała, zaintrygowała tych inżynierów. Pozwala to ogórkowi morskiemu zasadniczo „upłynnić” swoje ciało, aby przecisnąć się przez małe pęknięcia i szczeliny, łącząc wszystkie te włókna kolagenowe z powrotem, aby ponownie utworzyć ciało stałe.

Nowy minirobot jest wykonany z magneto-aktywnej materii przejściowej (MPTM), zdolnej do przełączania się między stanem stałym i ciekłym. Kiedy MPTM jest ogrzewany zmiennym polem magnetycznym, topi się do postaci cieczy, podczas gdy chłodzenie otoczenia pozwala mu ponownie zestalić się po usunięciu pola magnetycznego. MPTM składają się z ferromagnetycznych mikrocząstek neodymu, żelaza i boru osadzonych w czystym galu. Otrzymany materiał ma temperaturę topnienia 30,6°C (około 87°F), więc pozostaje stały w temperaturze pokojowej. W swojej stałej postaci MPTM ma doskonałą wytrzymałość mechaniczną, dobrą do przenoszenia dużych obciążeń i wszechstronną mobilność. W fazie ciekłej mikrocząstki mogą obracać się i zmieniać swoją polaryzację magnetyczną, wydłużając, dzieląc i łącząc w razie potrzeby.

„Cząstki magnetyczne pełnią tutaj dwie role” – powiedział współautor Carmel Majidi, inżynier mechanik z Carnegie Mellon University. „Jednym z nich jest to, że sprawiają, że materiał reaguje na zmienne pole magnetyczne, dzięki czemu można, poprzez indukcję, podgrzać materiał i spowodować zmianę fazy. Ale cząstki magnetyczne zapewniają również robotom mobilność i zdolność poruszania się w odpowiedzi na pole magnetyczne”.