Vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare (UC Santa Barbara) a Technickej univerzity v Drážďanoch (TU Dresden) vyvinuli prelomový koncept v oblasti robotiky. Namiesto tradičných robotov vytvorili kolektív malých autonómnych jednotiek, ktoré sa dokážu samostatne skladať do rôznych tvarov a prispôsobovať svoje fyzikálne vlastnosti podľa aktuálnych potrieb.

Podľa hlavného autora štúdie Matthewa Devlina, bývalého doktoranda na UC Santa Barbara, je ich cieľom vyvinúť robotický materiál, ktorý je pevný a odolný, ale zároveň schopný plynulo meniť svoj tvar bez potreby vonkajších síl. Profesor Elliot Hawkes, ktorý na výskume spolupracoval, vysvetlil, že ideálna robotická štruktúra by mala reagovať na vnútorné signály, vďaka čomu by si mohla udržať stabilný tvar, ale zároveň sa podľa potreby reorganizovať do inej podoby. Na tému upozornil portál Interesting Engineering.

Inšpirácia vývojom embryí

Tento inovatívny prístup bol inšpirovaný výskumom Otgera Campasa, bývalého profesora UC Santa Barbara a súčasného riaditeľa Excellence Cluster Physics of Life na TU Dresden. Campas skúmal mechanizmy, ktorými sa formuje telo embrya, a zistil, že embryonálne tkanivá fungujú ako vysoko adaptívne materiály.

Embryá sa dokážu formovať, hojiť a prispôsobovať svoju štruktúru, pričom využívajú špeciálny mechanizmus nazývaný prechod medzi pevnou a tekutou fázou (rigidity transition). Tento proces umožňuje bunkám regulovať mechanické vlastnosti tkanív v rôznych fázach vývoja.

Výskumníci identifikovali tri hlavné biologické princípy, ktoré umožňujú túto premenlivosť. Aktívne sily medzi bunkami, ktoré umožňujú pohyb. Biochemické signály, ktoré koordinujú ich usporiadanie. Priľnavosť buniek, ktorá zabezpečuje konečnú stabilitu a pevnosť štruktúry.

Simon Pierre Godon

Ako fungujú tieto autonómne roboty?

Kolektív robotov pozostáva z malých diskovitých autonómnych jednotiek, ktoré tvarom pripomínajú hokejové puky. Každý z nich má osem motorických prevodov, ktoré umožňujú pohybovať sa a vzájomne na seba pôsobiť aj v stiesnených priestoroch.

Najzaujímavejším prvkom je ovládanie pohybu pomocou svetelných senzorov. Každý robot má na vrchu polarizačné filtre, ktoré určujú smer, akým sa má otáčať. Keď sa na senzory nasmeruje svetlo, polarizácia svetla riadi pohyb motorov, čím umožňuje samostatné prestavovanie celého kolektívu robotov.

Výskumníci zistili, že na vytváranie požadovaných tvarov a štruktúr sú kľúčové malé fluktuácie signálu, ktoré menia pohyb robotov. Tento princíp vychádza z biologického procesu, pri ktorom sa bunky v tkanivách menia z pevnej na tekutú štruktúru pomocou meniacich sa síl.