Созданы диоды и логические элементы, способные передавать и обрабатывать «механические сигналы»

Группа исследователей из Гарвардского университета и Калифорнийского технологического института разработала новый способ передачи и обработки сигналов механической природы, который может стать основой для создания систем управления мягких роботов и других подобных устройств. Учеными были созданы механические аналоги диодов, транзисторов и нескольких видов логических элементов из которых можно составлять схемы, в чем-то подобные электронным, которые выполняют сложную обработку сигналов, подаваемых на их входные цепи.

Проблема, с которой пришлось столкнуться ученым, заключается в том, что механические сигналы рассеиваются и теряют свою амплитуду при распространении сквозь среду упругого материала. «Это можно сравнить с попыткой передать что-нибудь азбукой Морзе через стену, покрытую мягким и плотным пенообразным веществом» — пишут ученые. Данная проблема была решена за счет использования так называемых бистабильных лучей (bistable beams), структур из элементов, способных находиться в двух фиксированных состояниях и которые могут высвобождать заключенную в них механическую энергию при прохождении через них сигнала «упругой механической волны».

Основой элементов цепей обработки механических сигналов являются бистабильные лучи, изготовленные из резиноподобного материала, которые связаны друг с другом цепочками резиновых линейных пружин, способных аккумулировать и хранить механическую энергию. Когда такой луч деформируется, он накапливает энергию. Стараясь вернуться в исходное состояние, луч высвобождает накопленную энергию, которая формирует механическую волну, распространяющуюся подобно падающим по цепочке костяшкам домино.

Взяв за основу элементы из бистабильных лучей, ученые при помощи трехмерного принтера изготовили диоды и логические элементы из мягкого материала. При этом, созданные логические элементы, в зависимости от сигнала на одном из входов, могут выполнять различные логические функции, И (AND) и ИЛИ (OR), к примеру.

А в своей будущей работе исследователи планируют объединить элементы «механической логики» с пневматическими и гидравлическими устройствами, что позволит получить приводы и двигатели для мягких роботов, обеспечивающие чрезвычайно высокую точность их работы.