Wyobraź sobie robota, który potrafi wystrzelić się prawie dwa metry w powietrze, wykonać obrót, zawirować, a nawet wrócić jak bumerang do punktu startu – a wszystko to bez elektroniki, baterii i zewnętrznego sterowania. Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwanii właśnie zbudowali takie urządzenie. I znaleźli dla niego świetne zastosowanie: sadzenie lasów.
Węzeł, który magazynuje energię jak sprężyna
Sekret tego rozwiązania tkwi w niezwykłej prostocie. Robot to w istocie dwumateriałowe włókno o grubości nieprzekraczającej milimetra. Sztywny rdzeń z Kevlaru zapewnia wytrzymałość, a otaczająca go powłoka z elastomeru ciekłokrystalicznego reaguje na temperaturę. Skręcone i zawiązane w węzeł włókno gromadzi energię sprężystą – niczym ściśnięta sprężyna trzymana przez zatrzask.
Gdy temperatura osiąga od 60 do 90 stopni Celsjusza, powłoka kurczy się i rozkręca, luzując węzeł na tyle, by gwałtownie uwolnić zgromadzoną energię. W ułamku sekundy energia sprężysta zamienia się w kinetyczną i robot wystrzeliwuje w górę. „Jeśli odpowiednio zaprojektujesz sprężystość i dobierzesz materiały, sam węzeł staje się aktywnym układem” – powiedziała Shu Yang, kierująca badaniami.
Nasiona, które same wbijają się w ziemię
Najważniejsze zastosowanie tej technologii dotyczy ponownego zalesiania. Zespół przymocował do robotów-węzłów cienkie, liściokształtne skrzydełka – zainspirowane sposobem, w jaki nasiona klonu opadają na zasadzie autorotacji. W zależności od ustawienia skrzydełka robot wznosi się łukiem do przodu lub zawraca jak bumerang, rozrzucając nasiona na większym obszarze.
W eksperymentach badacze przyczepili do skaczących węzłów nasiona sosny i rukoli. Efekt był imponujący: po wylądowaniu roboty wbijały się w glebę z ciśnieniem około 30 razy większym niż wcześniejsze nośniki nasion aktywowane deszczem, które polegały na powolnym, napędzanym wilgocią wierceniu. Nasiona z powodzeniem skiełkowały.
Kluczowa jest energia napędzająca cały proces. „Nie zawsze mamy deszcz, ale mamy słońce” – powiedziała Yang, wskazując, że światło słoneczne może nagrzewać powierzchnie na tyle, by samoistnie uruchamiać włókna. To czyni technologię szczególnie przydatną w gorących, wysuszonych regionach, gdzie ponowne zalesianie jest najbardziej potrzebne, a dostęp jest utrudniony.
Co dalej
Obecny system to model zbudowany ze znanych materiałów. Przyszłe wersje mają zawierać bardziej przyjazne dla środowiska komponenty przeznaczone do zastosowań zewnętrznych, a zespół pracuje nad obniżeniem temperatury aktywacji, by roboty uruchamiały się w łagodniejszych warunkach.
Za projektem – realizowanym wspólnie przez Penn i UCLA – kryje się prosta filozofia badawcza. „Często zaczynamy od badania interesujących zjawisk” – powiedziała Yang. „Potem zastanawiamy się, jak daleko możemy je rozwinąć i czy mogą rozwiązywać prawdziwe problemy.” Od zabawy z zawiązanym włóknem do autonomicznego zalesiania całych połaci ziemi – droga okazała się zaskakująco krótka.