Phát triển robot mềm có thể di chuyển trên mặt nước

Các nhà khoa học đã phát triển HydroSpread - một kỹ thuật chế tạo robot mềm chuyển động trên mặt nước, mở ra tiềm năng ứng dụng trong robotics, y học và giám sát môi trường.

Nguyên mẫu robot “nhện nước” HydroBuckler di chuyển dựa trên nguyên lý gập chân. Ảnh: Baoxing Xu, Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng, Đại học Virginia.

Hãy tưởng tượng một robot nhỏ xíu, chỉ nhỏ bằng chiếc lá, lướt nhẹ trên mặt hồ như con nhện nước. Trong tương lai, những thiết bị siêu nhỏ như vậy có thể được triển khai để giám sát ô nhiễm, thu thập mẫu nước hoặc khám phá các khu vực ngập lụt mà con người khó tiếp cận.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Science Advances, nghiên cứu của GS. Xu giới thiệu HydroSpread, một phương pháp chế tạo đầu tiên thuộc loại này có tiềm năng lớn tác động đến lĩnh vực robot mềm đang phát triển. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các thiết bị mềm, nổi trực tiếp trên mặt nước, đánh dấu bước đột phá ứng dụng trong y học, điện tử tiêu dùng và giám sát môi trường.

Trước đây, các màng mỏng - thành phần thiết yếu trong robot mềm, thường được chế tạo trên bề mặt rắn, ví dụ như kính. Sau đó, lớp vật liệu mỏng này được tách ra và đặt lên mặt nước, một quy trình phức tạp, dễ gây rách và hao hụt vật liệu.

HydroSpread đã giải quyết triệt để vấn đề này bằng cách biến chính chất lỏng thành “bàn làm việc”. Những giọt polymer lỏng có thể tự lan rộng trên mặt nước thành các lớp siêu mỏng và đồng nhất.

Với sự hỗ trợ của tia laser được hiệu chỉnh tinh vi, nhóm của Baoxing Xu có thể cắt khắc các lớp vật liệu này thành những hình dạng phức tạp, từ hình tròn, dải mảnh cho đến logo của Đại học Virginia, với độ chính xác cao.

Dựa trên phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo hai nguyên mẫu robot lấy cảm hứng từ côn trùng: HydroFlexor, có thể lướt trên mặt nước bằng chuyển động vẫy tương tự mái chèo; và HydroBuckler, di chuyển về phía trước nhờ các chân gập linh hoạt, mô phỏng chuyển động của bọ nước.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã cung cấp năng lượng cho các thiết bị này bằng một lò sưởi hồng ngoại phía trên. Khi các màng nóng lên, cấu trúc nhiều lớp của chúng bị uốn cong hoặc oằn lại, tạo ra các chuyển động bơi hoặc đi bộ. Bằng cách luân phiên bật - tắt nguồn nhiệt, các thiết bị có thể điều chỉnh tốc độ hoặc đổi hướng, cho thấy khả năng kiểm soát và lặp lại chuyển động một cách chính xác.

Trong tương lai, các phiên bản nâng cấp có thể được thiết kế để phản ứng với ánh sáng mặt trời, từ trường hoặc bộ gia nhiệt siêu nhỏ, mở ra triển vọng về những robot mềm tự động, có khả năng di chuyển và thích ứng linh hoạt trong môi trường tự nhiên.

Tiềm năng của công nghệ này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực robot mềm. Nhờ khả năng tạo ra các lớp màng siêu mỏng, tinh vi mà không gây hư hại, HydroSpread có thể ứng dụng rộng rãi trong phát triển cảm biến sinh học đeo được, thiết bị điện tử linh hoạt và hệ thống giám sát môi trường - những công nghệ đòi hỏi vật liệu mềm dẻo, bền và hiệu quả hơn so với vật liệu cứng truyền thống./.