Роботизированная броня: инженеры разработали самосворачивающуюся защиту для электроники

Природа веками служит источником вдохновения для технологических инноваций. Многие животные в ходе эволюции развили защитные механизмы, такие как панцири, чешуя или прочная кожа, чтобы спасаться от хищников. Поскольку потребность в защите критически важна как для биологических организмов, так и для технических систем, многие из этих решений находят применение в современной инженерии. Исследователи из Университета штата Северная Каролина обратили внимание на уникальный способ самообороны броненосца.

Когда броненосец чувствует опасность, он задействует мышцы и трансформирует свое тело в жесткую закрытую сферу. Его внешние пластины выполняют роль щита, а позвоночник поддерживает конструкцию изнутри. На основе этой концепции была разработана технология Morpho-interlocking protective module (MIPM) — защитный модуль для хрупких электронных устройств, способный автоматически активироваться при обнаружении угрозы.

Конструкция и применение технологии

Разработка актуальна для космических исследований, поисково-спасательных миссий и носимых защитных технологий. В этих сферах электроника и робототехника должны оставаться легкими и гибкими, но при этом обладать высокой устойчивостью к повреждениям. Большинство созданных ранее биомиметических систем не имели интегрированного цикла «сенсор-привод», что не позволяло им автономно реагировать на внешнее воздействие. Решение этой проблемы стало ключевой задачей для ученых.

В основе технологии лежит трехслойная структура, где каждый элемент выполняет определенную функцию:

• Внешний слой состоит из сегментов, напечатанных на 3D-принтере из полимерной смолы. Десять таких сегментов способны выдержать силу давления около 10 ньютонов.
• Средний слой является самым сложным и содержит систему датчиков и приводов. Он состоит из жидкокристаллического эластомера, датчика деформации с серебряными нанопроволоками, каптоновой ленты и тонкого слоя проводящей ткани, работающей как нагреватель.
• Внутренний слой (эндоскелет) выполнен из сверхпрочной бумаги, сложенной в виде гребней по принципу оригами.

Механизм активации и перспективы

Когда датчик фиксирует механическое воздействие, он передает сигнал на блок управления, который активирует нагревательный слой. При повышении температуры слой жидкокристаллического эластомера сокращается, а каптоновая лента расширяется. Это заставляет всю структуру MIPM изгибаться и мгновенно сворачиваться в защитную сферу, подобно панцирю броненосца.

В отличие от настоящих животных, элементы «скелета» роботизированной системы не могут быть плотно соединены по всей поверхности из-за особенностей оригами-структуры: для сворачивания необходимо оставлять свободное пространство между сегментами. Инженерам удалось успешно решить эту конструктивную сложность, обеспечив необходимую амплитуду движения.

Тестирование подтвердило эффективность системы в лабораторных условиях. Однако для внедрения технологии в реальную эксплуатацию специалистам необходимо провести дополнительную работу. В планы разработчиков входит:

• Обеспечение стабильности датчиков при экстремальных температурах, высокой влажности и сильной запыленности.
• Совершенствование беспроводных протоколов связи, включая Bluetooth, для надежного взаимодействия между сенсорами и системами управления.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Science Advances.

Твитнуть