Команда биологов Гарвардского университета совместно со специалистами Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) и Бостонского университета разработали процесс изготовления мягких миллиметровых роботов с отдельными структурами микрометровых размеров. Чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, они создали роботизированного паука из эластичного материала. За образец взяли австралийских павлиньих пауков — миниатюрных и причудливо раскрашенных. Результаты исследования были опубликованы в Advanced Materials.
Мягкие роботизированные микросистемы до сих пор оставались довольно простыми: их двигательные способности были, как правило, ограничены единственной степенью свободы (для сравнения: обычный промышленный робот-манипулятор, как и человеческая рука, имеет шесть степеней свободы). Новый тип микроробота был создан из многослойного силикона, что обеспечивает паучку 18 степеней свободы, а вдобавок к этому еще и эффектный внешний вид.
Для создания робота команда использовала метод мягкой печати из 12 слоев эластичного силикона, которые вместе составляют основу мягкого паучка. Каждый слой вырезался по отдельности с помощью технологии лазерной микрообработки, а затем соединялся с остальными для создания трехмерной структуры.
Ключевая черта робота — сложная сеть полых микрожидкостных каналов, которая интегрирована в каждый из слоев. С помощью этой сети ученые заставили отдельные слои локально изгибаться, принимая окончательную конфигурацию, которая затем фиксируется в пространстве при помощи застывающей смолы. Таким образом, например, набухший живот мягкого паука и нисходящие изгибы ног становятся постоянными. Оставшиеся каналы используются для движения, а также для придания этому существу импозантной окраски (для этого в них вводится окрашенная жидкость).
«Мы можем точно контролировать процесс формирования частей «тела», варьируя толщину и консистенцию окружающего каналы силиконового материала с помощью лазера. Когда давление в каналах повышается, происходят структурные изменения», — говорит соавтор исследования Томмазо Ранзани. Технология получила название MORPH (Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic). Такие роботы-пауки могут использоваться для выполнения технологических процедур в труднодоступных или опасных местах, а также в медицине — для эндоскопии или микрохирургии. Не останутся в накладе и участвовавшие в работе биологи, они надеются, что «морфы» помогут лучше понять соотношение структуры и функции у живых организмов.