Robot thần tiên bay nhờ sức mạnh của gió và ánh sáng
bởi Đại học Tampere
Đối với nàng tiên nhân tạo của họ, Hao Zeng và Jianfeng Yang đã lấy cảm hứng từ hạt bồ công anh. Ảnh: Jianfeng Yang / Đại học Tampere
Sự phát triển của các polyme phản ứng với kích thích đã mang lại vô số cơ hội liên quan đến vật liệu cho các robot thân mềm điều khiển không dây, quy mô nhỏ thế hệ tiếp theo. Từ lâu, các kỹ sư đã biết cách sử dụng những vật liệu này để chế tạo những con robot nhỏ có thể đi, bơi và nhảy. Cho đến nay, không ai có thể làm cho chúng bay.
Các nhà nghiên cứu của nhóm Light Robots tại Đại học Tampere hiện đang nghiên cứu cách làm cho vật liệu thông minh bay được. Hao Zeng, Nghiên cứu viên của Học viện kiêm trưởng nhóm, và Jianfeng Yang, một nhà nghiên cứu tiến sĩ, đã đưa ra một thiết kế mới cho dự án của họ có tên FAIRY—Các rô-bốt bay dựa trên Vật liệu Đáp ứng Ánh sáng. Họ đã phát triển một robot lắp ráp polymer bay bằng gió và được điều khiển bằng ánh sáng.
Hao Zeng giải thích: "Vượt trội so với hạt giống tự nhiên, hạt giống nhân tạo này được trang bị một bộ truyền động mềm. Bộ truyền động được làm bằng chất đàn hồi tinh thể lỏng phản ứng với ánh sáng, tạo ra các hoạt động mở hoặc đóng của lông khi kích thích bằng ánh sáng nhìn thấy được".
Nàng tiên nhân tạo được điều khiển bằng ánh sáng
Nàng tiên nhân tạo do Zeng và Yang phát triển có một số tính năng mô phỏng sinh học. Do cấu trúc có độ xốp cao (0,95) và trọng lượng nhẹ (1,2 mg), nó có thể dễ dàng bay lơ lửng trong không khí nhờ hướng gió. Hơn nữa, thế hệ vòng xoáy tách biệt ổn định cho phép di chuyển đường dài nhờ gió hỗ trợ.
Zeng nói: "Nàng tiên có thể được cung cấp năng lượng và điều khiển bằng nguồn sáng, chẳng hạn như chùm tia laze hoặc đèn LED".
Điều này có nghĩa là ánh sáng có thể được sử dụng để thay đổi hình dạng của cấu trúc nhỏ giống như hạt bồ công anh. Nàng tiên có thể thích ứng thủ công với hướng và lực gió bằng cách thay đổi hình dạng của nó. Một chùm ánh sáng cũng có thể được sử dụng để điều khiển hoạt động cất cánh và hạ cánh của tổ hợp polyme.
Tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tập trung vào việc cải thiện độ nhạy của vật liệu để cho phép thiết bị hoạt động dưới ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, họ sẽ mở rộng quy mô cấu trúc để nó có thể mang các thiết bị vi điện tử như GPS và cảm biến cũng như các hợp chất sinh hóa.
Theo Zeng, có tiềm năng cho các ứng dụng quan trọng hơn nữa.
Ông nói: "Nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng, nhưng các thí nghiệm chứng minh khái niệm trong nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rô-bốt mà chúng tôi đã phát triển cung cấp một bước quan trọng hướng tới các ứng dụng thực tế phù hợp cho quá trình thụ phấn nhân tạo".
Polyme đáp ứng cho phép tạo ra các cấu trúc vận hành tự động, nhân tạo. Trong bóng tối và thời tiết yên tĩnh, nàng tiên vẫn ở yên. Khi có đủ ánh sáng, cấu trúc tự động mở ra cho phép bay theo luồng gió. Tín dụng: Jianfeng Yang / Đại học Tampere
Trong tương lai, hàng triệu hạt bồ công anh nhân tạo mang theo phấn hoa có thể được phân tán tự do nhờ gió tự nhiên và sau đó được ánh sáng hướng tới những khu vực cụ thể có cây đang chờ thụ phấn.
"Điều này sẽ có tác động lớn đến nông nghiệp trên toàn cầu vì việc mất đi các loài thụ phấn do sự nóng lên toàn cầu đã trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với đa dạng sinh học và sản xuất lương thực," Zeng nói.
Những thách thức vẫn chưa được giải quyết
Tuy nhiên, nhiều vấn đề cần được giải quyết trước. Ví dụ, làm thế nào để kiểm soát điểm hạ cánh một cách chính xác và làm thế nào để tái sử dụng các thiết bị và làm cho chúng có thể phân hủy sinh học? Những vấn đề này đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ với các nhà khoa học vật liệu và những người làm việc trên microrobotics.
Dự án FAIRY bắt đầu vào tháng 9 năm 2021 và sẽ kéo dài đến tháng 8 năm 2026. Rô-bốt bay được nghiên cứu với sự hợp tác của Tiến sĩ Wenqi Hu từ Viện Hệ thống Thông minh Max Planck (Đức) và Tiến sĩ Hang Zhang từ Đại học Aalto.
Bài báo "Lắp ráp polymer lấy cảm hứng từ bồ công anh, phân tán trong gió, được điều khiển bằng ánh sáng" của Jianfeng Yang, Hang Zhang, Alex Berdin, Wenqi Hu và Hao Zeng, đã được đăng trên Advanced Science vào ngày 27 tháng 12 năm 2022.
