Ученые из Университета Райса создали мягкую роботизированную руку, которая умеет обходить препятствия, отбивать мяч и выполнять другие сложные движения — и все это без проводов и встроенной электроники. Вместо этого роботом управляют лазерные лучи. Это открытие может изменить подход к разработке хирургических имплантов и промышленных машин, работающих с хрупкими предметами.

Результаты опубликованы в издании Advanced Intelligent Systems.

Команда под руководством специалиста по материалам Ханью Чжу объединила умные материалы, машинное обучение и оптическую систему управления. Роботизированная рука сделана из жидкокристаллического эластомера с добавлением азобензола — полимера, который реагирует на свет. Лазерный проектор создает на его поверхности световые узоры, заставляя материал изгибаться в нужных местах.

Жидкокристаллический эластомер с азобензолом — это гибкий полимер, который сжимается под действием света определенной длины волны (например, синего лазера). Когда свет выключают, материал возвращается в исходную форму. Похоже на то, как мышцы сокращаются и расслабляются, только здесь вместо нервных импульсов — лучи света.

Главная фишка системы — нейросеть, которая предсказывает, какой именно световой узор приведет к нужному движению. Это позволяет роботу выполнять сложные задачи без постоянного контроля оператора.

Как это работает:

• Синий лазер нагревает участок материала, и тот сжимается.
• Когда свет выключают, материал возвращается в исходное состояние.
• Меняя интенсивность и расположение лучей, можно управлять каждым сегментом руки, как щупальцем осьминога.

Раньше мягкие роботы либо были на привязи, либо могли выполнять только простые действия, — объясняет Чжу. — Наша технология позволяет управлять ими дистанционно и с высокой точностью.

Пока прототип двигается только в двух измерениях, но в будущем его можно усовершенствовать для работы в 3D.

Это шаг к более безопасным и универсальным роботам — от медицинских имплантов до машин, которые аккуратно сортируют фрукты, — говорит Элизабет Блэкерт, ведущий автор исследования.

Главное преимущество этой технологии — универсальность. Мягкие роботы без электроники можно использовать там, где обычные механизмы не справятся:

• Медицина — импланты, которые меняют форму прямо в теле под воздействием лазера, без батареек и проводов.
• Промышленность — роботы для работы с хрупкими предметами, например, на конвейерах с едой или стеклом.
• Космос — легкие и надежные механизмы для исследований в агрессивных средах.

Ключевой прорыв — управление через свет. Это дешевле и безопаснее, чем магнитные или электрические системы.

Пока технология слишком медленная для реального применения. Материал реагирует за секунды, но для хирургии или роботизированных манипуляторов нужны миллисекунды. Кроме того, система работает только в контролируемых условиях — яркий внешний свет может нарушить управление.

Ранее ученые изобрели компактный лазер для дезинфекции.