Представьте, что вы открываете книгу фотографий природы и видите, как со страницы порхает калейдоскоп грациозных бабочек.
Такие причудливые сборники рассказов вскоре станут возможными благодаря работе команды дизайнеров и инженеров из Института ATLAS в Калифорнийском университете в Боулдере. Группа использует новые достижения в области мягкой робототехники для разработки изменяющих форму объектов, которые будут тонкими, быстро движущимися и почти полностью бесшумными.
Ранние творения исследователей, которые они назвали «Electriflow», включают журавликов-оригами, которые могут сгибать шеи, лепестки цветов, которые шевелятся одним нажатием кнопки, и, да, порхающих насекомых..
«Обычно книги о бабочках статичны», - сказал Пурненду, аспирант Калифорнийского университета в Боулдере, который возглавляет проект и носит необычное имя. «Но можно ли сделать так, чтобы бабочка хлопала крыльями в книге? Мы показали, что это возможно».
Он и его коллеги недавно представили свои результаты на конференции Ассоциации вычислительной техники 2021 Designing Interactive Systems (DIS).
Искусственные мышцы
Пурненду объяснил, что конструкции Electriflow, разработанные командой, не требуют, чтобы двигатели или другие традиционные детали машин оживали - они становятся мягкими на ощупь, как настоящие бабочки. Они вдохновлены классом «искусственных мышц», которые изначально были разработаны инженерами во главе с Крисофом Кеплингером из CU Boulder и теперь доступны на коммерческой основе через компанию Artimus Robotics..
Artimus использует технологию, называемую самовосстанавливающимися электростатическими приводами с гидравлическим усилением (HASEL). В отличие от традиционных деталей роботов, которые часто изготавливаются из твердого металла, приводы HASEL получают энергию от жидкостей. По словам Эрика Акоме, бывшего аспиранта Калифорнийского университета в Боулдере, который помог разработать технологию приводов, приводы полагаются на электростатические силы, которые толкают масло в герметичных пластиковых пакетах. Представьте, как изменится форма пакета кетчупа, если вы сожмете одну сторону.
«Одним из основных преимуществ этих приводов является их универсальность», - сказал Акоме, соавтор нового исследования и главный технический директор Artimus Robotics. «Это просто мешочки, но в зависимости от формы этого мешочка вы можете генерировать различные движения».
Они также подражают естественному миру, в котором организмы всех видов (например, иглобрюх или ловушка для венериных мух) меняют свою форму, чтобы отпугнуть хищников и поймать добычу.
«Изменение формы является важной частью общения и выживания для некоторых животных», - сказал Пурненду. «Инженеры стремились разработать аналогичные функции для компьютерных интерфейсов».
Закрылки
Пурненду задался вопросом, сможет ли он использовать ту же концепцию, что и Artimus Robotics, или масла, разбрызгивающиеся внутри мешков, не только для создания новых роботов, но и для создания мягких, подвижных произведений искусства.
Electriflow использует несколько различных форм пакетов для создания складок в виде оригами на плоских пластиковых листах. И это быстро: насекомые Пурненду могут взмахивать крыльями с максимальной скоростью около 25 взмахов в секунду - быстрее, чем большинство настоящих бабочек, и наравне с некоторыми более быстрыми мотыльками.
«Эта система очень близка к тому, что мы видим в природе», - сказал он. «Мы раздвигаем границы возможного взаимодействия людей и машин».
Исследователь надеется, что больше художников и дизайнеров будут использовать инструменты, разработанные им и его командой, чтобы еще больше раздвинуть эти границы. Он воображает, что однажды вы увидите оригами животных, которые могут складываться в различные формы из плоского листа пластика, или мультяшных персонажей, которые бегают и прыгают по страницам книг.
"Существует множество различных геометрий, с которыми мы можем играть", - сказал Пурненду.
Сейчас он счастлив наблюдать, как его бабочки взлетают в воздух.
Другие соавторы нового исследования включают Кристофа Кеплингера, который сейчас работает в Институте интеллектуальных систем им. Макса Планка в Германии. Среди соавторов CU Boulder Саша Новак, аспирант ATLAS; Мирела Алистер и Даниэль Лейтингер, доценты ATLAS и факультета компьютерных наук; Карсон Брунс, доцент кафедры ATLAS и машиностроения; и Марк Гросс, директор ATLAS и профессор компьютерных наук.