În cele mai profunde vise ale tuturor dintre noi, cel puțin când vine vorba de science fiction, există cu siguranță schimbatorii de formă T1000 de la Hollywood. Cu toate acestea, o echipă de cercetători a creat un robot de tip Terminator capabil să se topească ca răspuns la stimuli specifici și apoi să se reasambla. Folosind câmpuri magnetice alternative și inspirându-se de la o anumită creatură marine, au creat un prim prototip în miniatură. Fără a uita însă că meritul revine și materialelor special folosite la construirea machetei.
Cum arată robotul Terminator?
Proprietățile modelului se datorează compoziției chimice particulare a aliajului care îl constituie. Robotul este de fapt un amestec de particule feromagnetice, inclusiv neodim, fier și bor într-o matrice de metal lichid. Cu particularitatea că acesta din urmă are un punct de topire scăzut; de fapt, amestecul este scufundat în galiu pur.
Substanța este făcută din ceea ce se numește MPTM, sau materie de tranziție de fază magnetoactivă. După cum sugerează și numele, poate trece de la faza solidă la faza lichidă în mod reversibil. Datorită unui câmp magnetic alternant, se încălzește pe măsură ce se topește, apoi se solidifică din nou la temperatura camerei.
Diagrama substanței și caracteristicile acesteia în raport cu holoturia, sus. Mai jos, posibilele aplicații ale robotului Terminator, inclusiv repararea circuitelor electrice.
Prin urmare, MPTM-urile combină în mod unic rezistența mecanică ridicată, capacitatea mare de încărcare și viteza mare de locomoție. Rezistența lor ajunge la 21,2 MPa și rigiditatea lor 1,98 GPa, pentru sarcini de până la 30 kg la mai mult de 1,5 m/s, în fază solidă. În fază lichidă, au o adaptabilitate morfologică excelentă (alungire, despicare, ruptură etc.).
Caracteristicile aliajului și primele rezultate
Microparticulele de NdFeB sunt încorporate în matricea de galiu cu o separare clară a fazelor între NdFeB și metalul lichid. Procesul de amestecare este realizat mecanic, astfel încât o scanare electronică să poată vedea separarea clară a fazelor.
Cercetătorii au folosit galiu pur deoarece punctul său de topire (29,8°C) este aproape de temperatura camerei. Acest lucru permite evident o tranziție rapidă de la faza solidă la cea lichidă în condiții ambientale.
Matricea solidă de galiu împiedică, de asemenea, microparticulele NdFeB încorporate să se miște sau să se rotească. Prin urmare, acest lucru permite MPTM-urilor solide să mențină o polaritate magnetică fixă și stabilă. Această libertate de mișcare limitează însă mobilitatea în faza lichidă a întregului MPTM, în timp ce în faza solidă, cu aplicarea anumitor intensități de câmp magnetic, oamenii de știință au înregistrat viteze diferite.
Cercetătorii au efectuat așadar diverse teste în faza solidă și lichidă, de exemplu făcând sărituri, piruete și diverse mișcări ale materialului. Ceea ce l-a făcut pe Terminator să plângă a fost configurația particulară cu care au rulat unul dintre teste. De fapt, oamenii de știință au modelat substanța într-o figură asemănătoare omului Lego plasat în spatele gratiilor unei cuști. Cu toate acestea, atunci când se aplică câmpul magnetic alternativ, videoclipul arată clar figura topindu-se și apoi reconstituindu-se în afara barelor.
Creatura nebănuită care l-a inspirat: castravetele de mare
În acest moment, după atâtea discuții, s-ar putea aștepta că Hollywood-ul a fost cel care a influențat oamenii de știință de la Carnegie Mellon și China University. Dar lucrurile stau altfel decât ați putea crede; ca și în multe studii de acest tip, natura, și în special o creatură marine, sunt cel puțin parțial responsabile pentru ceea ce au realizat.
Castraveții de mare sau castraveții de mare sunt principala sursă de inspirație pentru The MPTM; Numiți și castraveți de mare, aceste creaturi au puțin de-a face cu legumele. Acestea sunt de fapt animale care trăiesc pe fundul mării din întreaga lume, din clasa echinodermelor. Au un aspect cilindric alungit (amintește de castraveți) cu anusul și gura situate la capete opuse.
Oluturienii în special se caracterizează prin așa-numitele spicule calcaroase, rigide pe tot corpul și își folosesc gura pentru a se hrăni prin filtrarea apei. Majoritatea sunt bentonice, adică trăiesc permanent atașate de fundul mării, iar unele sunt chiar sesile (atașate de substrat). În ciuda acestui fapt, ei se pot deplasa în caz de pericol din partea scavengers și prădătorilor.
Și până acum, nimic foarte spectaculos sau distinctiv, ar putea sublinia unii. Dar doar menționarea uneia dintre strategiile lor de apărare face comparații cu filmele de la Hollywood și cu supereroi. Într-adevăr, castraveții de mare au mari capacități de regenerare: își pot eviscera chiar unele organe. Plămânii apos, intestinele lungi și o singură gonada sunt explodate pentru a distrage atenția inamicilor și a face mai ușor să scape, apoi sunt capabili să regenereze totul în cel mai scurt timp.
Pentru a adăuga la CV-ul său, această creatură marine este de mare importanță pentru ecosistemul marin și biodiversitate. La fel ca verii lor terestre, de fapt, precum râmele, aceștia acționează ca gropi și sunt un factor de descurajare. Dar asta nu este tot: ele par să ajute și la atenuarea efectului acidifiant al oceanelor.
Aplicații ale robotului Terminator
Castravetele de mare este capabil să modifice în mod reversibil rigiditatea țesuturilor sale pentru a-și îmbunătăți capacitatea de transport. Datorită acestei caracteristici, poate preveni daunele fizice cauzate de mediu. La fel cum au reușit cercetătorii să facă cu robotul Terminator.
Bine, totul e bine, vor spune unii, dar în practică la ce poate fi folosit, la ce s-au gândit oamenii de știință pentru a-l folosi profitabil? Evident că nu făceam primul pas spre ceea ce ar fi un adevărat robot Terminator. Într-adevăr, printre alte aplicații, cercetătorii s-au gândit și la domeniul medical și la posibilele contribuții la repararea dispozitivelor greu accesibile.
Galiu lichid
Un prim rezultat a fost obținut prin încredințarea MPTM-ului cu sarcini de extracție și transport. Într-un model de stomac simulat, echipa a arătat cum micromașina ar putea trece la o fază lichidă. Acest lucru este pentru a se înfășura în jurul altor obiecte străine în stomac însuși și apoi a deveni solid din nou. De acolo este posibil să extrageți robotul și încărcătura acestuia.
Într-un test similar, robotul a descărcat ceea ce transporta în puncte predeterminate, din nou în modelul de stomac simulat. Potrivit autorilor, aceasta este o demonstrație a potențialului său ca sistem de livrare a medicamentelor.
În cele din urmă, o simulare a arătat cum forma lichidă a robotului ar putea deveni un „șurub universal”. Prin strângerea în spații greu accesibile și alunecând într-o priză cu șurub, s-ar putea solidifica. Pe scurt, potențialul există, dar nu vă așteptați la un robot terminator precum T1000 de la Hollywood!