Terminátor T-1000 už není taková fikce. Minirobot se mění z pevného skupenství na kapalné

Datum 18.02.2023

Foto: Wang and Pan

Jedním z mnoha ikonických momentů filmu Terminátor 2: Den zúčtování bylo, když se T-1000 na chvíli proměnil v kapalinu, aby prošel kovovými mřížemi, které ho oddělovaly od jeho cíle: dospívajícího Johna Connora. Tým vědců z University of Hong Kong tuto slavnou scénu napodobil pomocí měkkého minirobota. Robot se v reakci na magnetické pole “roztaví” do tekuté podoby, prosákne mezi mřížemi své klece a na druhé straně opět ztuhne. Tým popsal svou práci minulý měsíc v článku publikovaném na portále Matter.

O robotech si tradičně myslíme, že jsou vyráběni z tvrdých a pevných materiálů, ale snaha je vytvářet robotická zařízení také z pružnějších materiálů, které napodobují vlastnosti materiálů, jež se vyskytují u živočichů. Vyrobení celého těla robota z měkkých materiálů přináší obrovské výhody, například dostatečnou pružnost, aby se mohl protáhnout těsnými prostory a hledat přeživší po katastrofě. Měkcí roboti mají také velký potenciál jako protézy nebo biomedicínské přístroje.

Například vědci z Harvardu postavili v roce 2016 měkkého robota inspirovaného chobotnicí, který byl celý zkonstruován z pružných materiálů. Měkké roboty je obtížnější přesně ovládat, protože jsou velmi ohební. U “octobota” proto nahradili tuhé elektronické obvody mikrofluidními obvody. Takové obvody regulují průtok vody nebo vzduchu, nikoliv elektřiny, skrze mikrokanálky obvodu, což umožňuje robotovi ohýbat se a pohybovat. V roce 2021 sestrojili vědci z Marylandské univerzity tříprstou měkkou robotickou ruku, která je dostatečně obratná, aby dokázala manipulovat s tlačítky a směrovou podložkou na ovladači Nintendo.

Tento nejnovější robot patří do třídy známé jako magneticky ovládané miniaturní stroje (magnetically actuated miniature machines), obvykle vyrobené z měkkých polymerů (jako jsou elastomery nebo hydrogely) osazených feromagnetickými částicemi, které mají naprogramovaný profil magnetizace. Tyto typy robotů mohou plavat, šplhat, kutálet se, chodit a skákat a také měnit svůj tvar pouhou změnou příslušného magnetického pole. To je předurčuje k několika biomedicínským aplikacím, jako je cílené podávání léků a terapie hojících se vředů. Podle autorů nového článku v časopise Matter je však obtížné takové kompozity na bázi elastomerů řídit ve velmi úzkých a stísněných prostorech, kde jsou otvory menší než rozměry materiálu, protože jsou to v podstatě pevné látky, a mají tedy omezenou deformovatelnost.

V touze najít řešení se inspirovali skromnou mořskou okurkou (Holothuroidea). Mořské okurky jsou fascinující tvorové s měkkým válcovitým tělem a ústy obklopenými zatažitelnými chapadly. Některé druhy mohou dokonce vyvrhovat toxiny jako prostředek sebeobrany. Vědce však zaujala pozoruhodná schopnost mořských okurek libovolně uvolňovat a stahovat kolagen, který tvoří stěny jejich těla. Díky tomu může mořská okurka v podstatě “zkapalnit” své tělo, aby se protáhla drobnými trhlinami a štěrbinami, a poté všechna kolagenová vlákna opět spojit dohromady, aby opět vytvořila pevné tělo.

Nový minirobot je vyroben z magnetoaktivní přechodné fáze (MPTM), která dokáže přecházet mezi pevným a kapalným stavem. Když je MPTM zahřívána střídavým magnetickým polem, roztaví se na kapalinu, zatímco okolní chlazení umožní její opětovné ztuhnutí po odstranění magnetického pole. MPTM se skládají z feromagnetických mikročástic neodymu, železa a boru, které jsou zapuštěny do čistého galia. Výsledný materiál má teplotu tání 30,6 °C, takže zůstává pevný i při pokojové teplotě. V pevné formě má MPTM vynikající mechanickou pevnost, dobře snáší vysoké zatížení a je všestranně pohyblivý. V kapalné fázi mohou mikročástice rotovat a měnit svou magnetickou polaritu, aby se podle potřeby prodlužovaly, rozdělovaly a spojovaly.

Podle autorů jsou MPTM roboty stejně dobře použitelné pro některé biomedicínské aplikace in vivo. Tým například předvedl minimálně invazivní miniaturní stroj, který odstraňuje cizí předmět z umělého modelu žaludku naplněného vodou. Zde by bylo třeba upravit teplotu tání tak, aby byla o něco vyšší než teplota lidského těla (asi 38 °C), a to vložením mikročástic do slitiny na bázi galia namísto čistého galia. MPTM může manévrovat žaludkem v pevné formě, aby našel cizí objekt (kuličku v demonstraci), přejít do kapalné fáze, aby objekt obklopil, a pak se ochladit zpět do pevné formy, aby mohl být uzavřený objekt bezpečně odstraněn, když MPTM opouští tělo.