Zvětšit obrázek

Robomedúza na vodíkový pohon. Kredit: IOP

Tělo robomedúzy je kombinací běžného polymeru, uhlíkových nanovláken, platiny a inteligentní slitiny, která má schopnost za jistých podmínek měnit svůj tvar a rozměry. To robotu umožňuje ve vodním prostředí poměrně věrně napodobovat svůj živý vzor. Ale pohyb není na mechanickém bezobratlovci to nejzajímavější – nakonec, jak to dokládá video, jeho rychlost ani manévrovací schopnost nijak neoslňují. Zajímavý je spíše pohon na teplo chemické reakce. I když se v popularizačním a tak trochu i reklamním článku, který zahraniční média přebírají ze stránky britského Fyzikálního ústavu IOP – Institute of Physics, tvrdí, že probíhá na povrchu robomedúzy, není to přesná informace. Stejně jako tvrzení, že „… Robomedúza si dokáže tvořit palivo ze svého přírodního prostředí a proto nepotřebuje externí zdroj energie nebo neustálé vyměňování baterií.“ K takové verzi to ta současná má ještě dost daleko. Nepochybně bude velkou výhrou, když výzkum dospěje k zcela energeticky svébytnému robotu, zatím je to však jen vize. Nynější robomedúzu vědci musí „krmit“ směsí vodíku, kyslíku a nereaktivního plynu (argonu nebo dusíku). Drobná zrníčka platiny nanometrových rozměrů, kolem kterých plyny proudí, pak působí jako katalyzátor známé, silně exotermické reakce, jejímž produktem je čistá voda. Kdyby se podařilo vytvořit efektivní systém, který by například pomocí slunečního světla rozkládal vodu na její jednotlivé plynné prvky a ty by pak opět proměňoval ve vodu, byl by to další způsob, jak alespoň v malém měřítku lokálně využívat dostupnou energii Slunce. Například pro zcela nezávislý pohon menších zařízení.

Zvětšit obrázek

Náčrt konstrukce robomedúzy. Podrobnější popis je v textu článku. Verze A je jednodušší, všechny segmenty silikonového zvonu se ovládají společně jedním mechanismem. Verze B umožňuje samostatně regulovat pohyb sousedních dvojic segmentů klobouku. O to složitější je pak i selektivní vstřikování pohonných plynů. Podle zdroje: Y. Tadesse et al., Smart Materials and Structures 2012

Robomedúza to zatím svede jen z poloviny – proměňuje z tlakových láhví dodávaný kyslík a vodík ve vodu. Jako funguje? Obrázek vpravo je o něco názornější, než video pod článkem. Zvonovité tělo robomedúzy je ze silikonu, v němž prosvítají jakési tmavé pásy. Jsou to umělé svaly ovládající jednotlivé segmenty ohebného klobouku. Jde o tenké pružné ocelové lamely (na obrázku vlevo jsou znázorněné šedozeleně) vyztužující vrchní vrstvu polymeru. Ve spodních částech segmentů jsou ocelová lanka (na obrázku fialově), jež vedou přes miniaturní jednoduché kladky k hlavnímu ovládacímu mechanismu (červeně). Ten reguluje pohyb plastického klobouku tahem za lanka, která jsou pod kladkou připojena na tyčinku ze speciální slitiny niklu a titanu - NiTinolu. Tento materiál má zajímavou vlastnost – teplem ovladatelnou reverzibilní tvarovou paměť spjatou s dvěma formami vnitřního uspořádání s rozdílnou krystalickou strukturou - martenzitem a austenitem. Za nižších teplot je slitina jednoklonným martenzitem, za vyšších kubickým austenitem. Tyto strukturní proměny se odrazí na tvaru, a tedy i délce NiTinolové tyčinky, jež pak více nebo méně tahá za ocelová lanka. Podle toho se segmenty klobouku ohýbají a pohání robotickou imitaci mořského žahavce. V případě jednodušší verze s jedním centrálním NiTinolovým mechanismem se všechny segmenty ohýbají společně a stejně. Taková robomedúza nedovede aktivně měnit směr – varianta A na obrázku vlevo. Když má ale každá dvojice sousedních segmentů svůj vlastní pohon (verze B na obrázku vlevo), robot je obratnější.

To ale zdaleka není vše. Slitinu musí něco přinutit měnit tvar, tedy vnitřní strukturu z martenzitu na austenit a zpět. To je úkol tepla. Právě toho, jenž se uvolní při spalování vodíku. NiTinolovou tyčinku proto obaluje tenká vrstva vícestěnných (multi-wall) uhlíkových nanotrubiček prošpikovaných nanokrystalky platiny katalyzující reakci. Uhlík je navíc dobrým vodičem tepla, takže NiTinolové tyčinky se rychle ohřívají i chladnou podle intenzity kolem nich probíhajícího hoření vodíku. Reakce zatím reguluje externí jednotka vstřikující přes hadičky a ventil na vrcholu klobouku v naprogramovaných intervalech zvolené dávky pohonných plynů (černé šipky na levém obrázku znázorňují směr proudění O₂, H₂, a N₂, respektivě Ar). Z „výfuku“ pak vytéká čistá voda se zbylým dusíkem, nebo argonem. Zajímavý princip, který ale z robomedúzy nedělá to, co si člověk představí po přečtení mediální zprávy – autonomního robota, jemuž nedojde palivo, protože si ho sám získává z prostředí.

VIDEO: Američtí vědci z Texaské university v Dallasu a Virginia Tech představují svou robomedúzu.

Zdroj: IOP, Smart Materials and Structures